生產者消費者模式

1. 什麼是生產者消費者模式

 

在工作中,大家可能會碰到這樣一種情況:某個模塊負責產生數據,這些數據由另一個模塊來負責處理(此處的模塊是廣義的,可以是類、函數、線程、進程等)。產生數據的模塊,就形象地稱爲生產者;而處理數據的模塊,就稱爲消費者。在生產者與消費者之間在加個緩衝區,我們形象的稱之爲倉庫,生產者負責往倉庫了進商品,而消費者負責從倉庫裏拿商品,這就構成了生產者消費者模式。結構圖如下:

 

2.生產者消費者模式的優點

 

2.1、解耦

假設生產者和消費者分別是兩個類。如果讓生產者直接調用消費者的某個方法,那 麼生產者對於消費者就會產生依賴(也就是耦合)。將來如果消費者的代碼發生變化, 可能會影響到生產者。而如果兩者都依賴於某個緩衝區,兩者之間不直接依賴,耦合也 就相應降低了。

舉個例子,我們去郵局投遞信件,如果不使用郵筒(也就是緩衝區),你必須得把 信直接交給郵遞員。有同學會說,直接給郵遞員不是挺簡單的嘛?其實不簡單,你必須 得認識誰是郵遞員,才能把信給他(光憑身上穿的制服,萬一有人假冒,就慘了)。這 就產生和你和郵遞員之間的依賴(相當於生產者和消費者的強耦合)。萬一哪天郵遞員 換人了,你還要重新認識一下(相當於消費者變化導致修改生產者代碼)。而郵筒相對 來說比較固定,你依賴它的成本就比較低(相當於和緩衝區之間的弱耦合)。

2.2、支持併發

由於生產者與消費者是兩個獨立的併發體,他們之間是用緩衝區作爲橋樑連接,生產者只需要往緩衝區裏丟數據,就可以繼續生產下一個數據,而消費者只需要從緩衝區了拿數據即可,這樣就不會因爲彼此的處理速度而發生阻塞。

接上面的例子,如果我們不使用郵筒,我們就得在郵局等郵遞員,直到他回來,我們把信件交給他,這期間我們啥事兒都不能幹(也就是生產者阻塞),或者郵遞員得挨家挨戶問,誰要寄信(相當於消費者輪詢)。

2.3、支持忙閒不均

緩衝區還有另一個好處。如果製造數據的速度時快時慢,緩衝區的好處就體現出來 了。當數據製造快的時候,消費者來不及處理,未處理的數據可以暫時存在緩衝區中。 等生產者的製造速度慢下來,消費者再慢慢處理掉。

爲了充分複用,我們再拿寄信的例子來說事。假設郵遞員一次只能帶走1000封信。 萬一某次碰上情人節(也可能是聖誕節)送賀卡,需要寄出去的信超過1000封,這時 候郵筒這個緩衝區就派上用場了。郵遞員把來不及帶走的信暫存在郵筒中,等下次過來 時再拿走。

 

3.實際應用

    在P3版本升級項目中,信息服務器要接收大批量的客戶端請求,原來那種串行化的 處理,根本無法及時處理客戶端請求,造成信息服務器大量請求堆積,導致丟包異 常嚴重。之後就採用了生產者消費者模式,在業務請求與業務處理間,建立了一個List 類型的緩衝區,服務端接收到業務請求,就往裏扔,然後再去接收下一個業務請求,而 多個業務處理線程,就會去緩衝區裏取業務請求處理。這樣就大大提高了服務器的相 應速度。


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