Producer-Consumer模式可以說是多線程設計模式之王，後期我們要講的許多模式像Thread-Pool模式，Active Object模式等都是Producer-Consumer模式的變種。Producer-Consumer模式中的生產者和消費者阻塞喚醒機制可以通過Guarded Suspension模式實現。
爲什麼要有Producer-Consumer模式呢？
1、消除了生產者與消費者之間的代碼依賴。
2、實現線程間的協調運行。生產者與消費者之間的運行速率不同，直接調用，數據處理會產生延遲，導致程序響應性下降。
這種模式我們平時應該經常接觸到，小到單體應用中ThreadPoolExecutor的編碼，大到架構實現中Kafka，RabbitMQ的使用。它由以下角色組成：
Producer：負責生成Product，傳入Channel。
Product：由Producer生成，供Consumer使用。
Channel：Producer和Consumer之間的緩衝區，用於傳遞Product。
Consumer：從Channel獲取Product使用。
這裏我們可以使用java.util.concurrent中的BlockingQueue阻塞隊列實現Channel。它可以極大地簡化編程，take操作會一直阻塞直到有可用數據，put在channel滿時也會阻塞直到有數據被消費。它有如下實現類：
1、LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue是FIFO隊列，前者基於鏈表實現，如果不特別指定，元素個數沒有最大限制，後者基於數組實現，元素個數有最大限制。
2、PriorityBlockingQueue是按優先級排序的隊列，DelayQueue是一定時間後纔可以take的隊列。
3、SynchronousQueue，沒有存儲功能，直接傳遞，因此put和take會一直阻塞，直到另一個線程準備好參與。
該模式的示例代碼如下：
public class PCTest {
public static void main(String[] args) {
//channel，有界阻塞隊列，容量100
BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(50);
Producer producer = new Producer(queue);
Consumer consumer = new Consumer(queue);
new Thread(producer).start();
new Thread(consumer).start();
System.out.println("生產者，消費者開始運行");
}
}
class Consumer implements Runnable{
private BlockingQueue<String> queue;
public Consumer(BlockingQueue<String> q){
this.queue=q;
}
@Override
public void run() {
try{
String data;
//獲取消息，收到exit後退出
while((data = queue.take()) !="exit"){
Thread.sleep(20);
System.out.println("Consume： "+data);
}
}catch(InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
class Producer implements Runnable {
private BlockingQueue<String> queue;
public Producer(BlockingQueue<String> q){
this.queue=q;
}
@Override
public void run() {
//生產消息
for(int i=0; i<100; i++){
String data = new String(""+i);
try {
Thread.sleep(i);
queue.put(data);
System.out.println("Produce："+data);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//毒丸對象
String data = "exit";
try {
queue.put(data);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}1、Channel剩餘空間問題：
如果消費者消費比較慢，這就會導致Channel中的Product逐漸積壓，對此，我們可以使用有界阻塞隊列，當隊列滿時，會阻塞直到消費者消費才繼續生產Product。如果使用無界阻塞隊列，就要考慮使用一段時間後，內存不足的情況，可以採用Semaphore信號量來控制。
2、只有一個共享隊列時的鎖的競爭
如果多個消費者同時消費同一個隊列的時候，就會導致鎖的競爭，不過BlockingQueue阻塞隊列已經幫我們實現了相應的機制，使用Lock，Condition等控制多線程運行，其實就是對Guarded Suspension模式的應用。我們可以通過工作密取算法降低鎖的競爭，提高可伸縮性。即每個消費者都有自己的雙端隊列(Deque,具體實現有ArrayDeque和LinkedBlockingDeque)，一個消費者處理完自己隊列的Product時，可以從其他消費者雙端隊列的末尾祕密獲取Product。它非常適用於既是生產者又是消費者的問題，比如爬蟲，當處理一個頁面後，發現有更多頁面需要處理，把這些新任務放到自己隊列的末尾，當自己的雙端隊列爲空時，則從其他隊列尾部獲取新任務。
3、線程停止
消費者線程和生產者線程哪個先停止，一般是先停止生產者，等Channel剩餘Product備份後，或者被消費者處理完後，再停止消費者。至於具體實現，我們可以採用Two-phase termination 模式，設置停止標誌並且使用中斷；如果你使用線程池管理，則可以調用shutdown方法，它會等隊列中的所有任務完成再關閉(shuwdownNow則可能在任務執行到一半時強行關閉)；如果生產者和消費者數量不大，可以採用如上面示例中的毒丸對象，來關閉服務。