java多线程设计模式之Producer-Consumer模式（一）

     Producer是生产者的意思，指的是生成数据的线程，Consumer则是消费者的意思，指的是使用数据的线程，这里我们要实现的是如何安全的将数据从生产者交给消费者，看似简单但是当两者处于不同的线程时，处理速度差异便会产生问题。对于这个问题，我们可以在两者之间加入一个桥梁通道的角色，具体的设计如下：

情景创建，假如说有个蛋糕店，糕点师制作蛋糕，顾客吃蛋糕，糕点师制作完成后将蛋糕放在桌子上，桌子上做多可以放置三个蛋糕，如果桌子上满了就必须等到腾出位置，客人如果吃没了就要等待蛋糕重新放置到桌子上。

首先构建用于存放蛋糕的Table类：

public class Table {private final String[] buffer;private int tail;private int head;private int count;public Table(int count){this.buffer = new String[count];this.head=0;this.tail=0;this.count=0;}//防止蛋糕public synchronized void put(String cake) throws InterruptedException{System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " puts "+cake);//守护条件，当条件成立时，执行wait()while(count>=buffer.length){wait();}buffer[tail]=cake;tail=(tail+1)%buffer.length;count++;notifyAll();}//拿取蛋糕public synchronized String take()throws InterruptedException{//守护条件，当条件成立时，执行wait()while(count<=0){wait();}String cake = buffer[head];head = (head+1)%buffer.length;count--;//notifyAll()方法调用之后会将原来wait()方法等待的线程唤醒//继续执行noifyAll()方法后面的语句，执行notifyAll方法时必须获取对应的实例的锁notifyAll();System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" takes "+cake);return cake;}}

     其中对cake操作的方法：get和put都是用synchronized修饰，保证线程的安全性，同时通过构造函数来传递所要构建的Table 的容量。其中也是用到了之前将讲到的GuardSuspension模式，设置while语句对队列中的内容的判断作为守护条件。

用于表示蛋糕制作的MakerThread类：

public class MakerThread extends Thread {private final Random random;private final Table table;private static int id=0;public MakerThread(String name,Table table,long seed){super(name);this.table=table;this.random=new Random(seed);}public void run(){try{while(true){Thread.sleep(random.nextInt(1000));String cake ="[ cake No."+nextId() + " by "+getName() + "]";table2.put(cake);}}catch(InterruptedException e){}}//保证修改公用字段id在多个线程修改的时候能够保持互斥性private static synchronized int nextId(){return id++;}}

   此类适用于向Table中添加蛋糕的，同时，再run()方法中设置sleep方法来模拟写入的耗时过程；类的初始化需要传入一个共享的Table类的实例，所以Table类要设计为线程安全的类才可以。这样就实现了往Table中添加cake的过程。

     下面模拟客人拿取蛋糕的过程，构建了一个EaterThread类：

public class EaterThread extends Thread {private final Table table;private final Random random;public EaterThread(String name ,Table table,long seed){super(name);this.table = table;this.random = new Random(seed);}public void run(){try{while(true){String cake = table2.take();Thread.sleep(random.nextInt(1000));}}catch(InterruptedException e){}}}

   这个类模拟了对蛋糕的获取的行为，同样的类的初始化需要传入一个共享的Table类的实例，这就看出了Table类的安全性对整个的模拟过程的重要性，Table类起到了一个桥梁的角色，而且含包含了对数据的操作的方法，所以重点则是对于Table类的设计。

     下面编写一个main函数来测试一下：

public class ProducerConsumerMain {public static void main(String[] args) {Table2 table2 = new Table2(3);new MakerThread("MakerThread-1",table2,31415).start();new MakerThread("MakerThread-2",table2,92653).start();new MakerThread("MakerThread-3",table2,58979).start();new EaterThread("EaterThread-1",table2,32384).start();new EaterThread("EaterThread-2",table2,62643).start();new EaterThread("EaterThread-3",table2,38327).start();}}

    模拟了3个糕点师和3客人的情况，所以各启动了3个线程，执行结果如下：

     关于Channel角色存在的意义，因为正因为有了Channel角色的存在才使得整个过程能够协调有序的进行，所以在这里我们应该这么考虑：线程的协调运行系要考虑放在中间的东西，同时应该注意应该保护的东西。