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（轉）生產消費者模型

阿新 • • 發佈：2019-01-17
在平時的程式設計中，經常遇到一個執行緒要產生資料，而另一個執行緒要處理產生出來的資料，這其實就是生產者和消費者的關係。生產者在產生資料後可以直接呼叫消費者處理資料；也可以把資料放在一個緩衝區中，讓消費者從緩衝區中取出資料處理，兩種方式從呼叫方式上來說，第一種可是說是同步的，即生產者在生產出資料後要等待消費者消耗掉後才能生產下一個資料，等待時間的長短取決於消費者處理資料的能力；第二種方式是非同步的，生產者只管生產資料，然後扔到一個緩衝區內，不管資料是否被立即處理了，消費者則從緩衝區中依次取出資料進行自己節奏的處理。從執行緒模型角度來說，第一種是單執行緒的，而第二種則是多執行緒的。多執行緒必須要考慮的一個問題是執行緒之間的協作，協作即協調合作，不要亂套，以生產者和消費者模型而言，就是當緩衝區裡沒有資料時消費者要等待，等待生產者生產資料，當緩衝區滿的時候生產者要等待，等待消費者消耗掉一些資料空出位置好存放資料
。
    java中為了實現多執行緒之間的協助，需要用到幾個特性：wait（），notify（），notifyAll（），synchronized，synchronized相當於作業系統裡的臨界區或者鎖的概念，所謂臨界區就是說一次只能有一個執行緒進去，其他想進入的執行緒必須等待，加了synchronized鎖後，才能呼叫wait（），notify（）和notifyAll（）操作，wait方法被呼叫後，當前執行緒A（舉例）進入被加鎖物件的執行緒休息室，然後釋放鎖，等待被喚醒。釋放的鎖誰來獲取？當然是由先前等待的另一個執行緒B得到，B在獲得鎖後，進行某種操作後通過notify或者notifyAll
把A從執行緒休息室喚醒，然後釋放鎖，A被喚醒後，重新獲取鎖定，進行下一語句的執行。再回到生產者和消費者模型，如果引入了緩衝區的話就需要處理生產者執行緒和消費者執行緒之間的協作，緩衝區可以有這幾種，佇列緩衝區，比如佇列或者棧，佇列緩衝區的特點是其長度是動態增長的，這就意味著記憶體的動態分配帶來的效能開銷，同時佇列緩衝區還會產生因為多執行緒之間的同步和互斥帶來的開銷。環形緩衝區可以解決記憶體分配帶來開銷的問題，因為環形緩衝區長度是固定的。但是環形緩衝區還是無法解決同步互斥帶來的多執行緒切換的開銷，如果生產者和消費者都不止一個執行緒，帶來的開銷更大，終極解決辦法是引入雙緩衝區，何為雙緩衝區？雙緩衝區顧名思義是有兩個長度固定的緩衝區A B
，生產者和消費者只使用其中一個，當兩個緩衝區都操作完成後完成一次切換，開始時生產者開始向A裡寫資料，消費者從B裡讀取資料，當A寫滿同時B也讀完後，切換一下，這時消費者從A裡取資料，生產者向B寫資料，由於生產者和消費者不會同時操作同一個緩衝區，所以不會發生衝突。生產者和消費者模型不止是用在多執行緒之間，不同程序之間也可以有。執行緒和程序到底有什麼區別？這是很多程式設計師搞不清的問題，其實很簡單，程序有自己的地址空間和上下文，執行緒是在一個程序上併發執行的程式碼段。其實在win32系統中程序只是佔用一定長度的地址空間，程序中總是有一個主執行緒來執行。消費者和生產者模型應用於程序間通訊的典型例子是分散式訊息處理，訊息的消費者程序需要一個緩衝區緩衝收到的訊息，訊息的生產者程序也需要一個緩衝區緩衝將要傳送的訊息，這樣可以一定程度上減少因為網路斷開引起的訊息丟失。

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