Java中的设计模式（二）：生产者-消费者模式与观察者模式-阿里云开发者社区

Java中的设计模式（二）：生产者-消费者模式与观察者模式

2021-08-13 1168

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简介： 做一个简单的延伸和对比

Java中的设计模式（二）：生产者-消费者模式与观察者模式.png

人生苦短，不如养狗

一、前言

在上一篇 Java中的设计模式（一）：观察者模式中我们了解了 观察者模式 的基本原理和使用场景，在今天的这篇文章中我们要做一点简单的延伸性学习——对比一下 生产者-消费者模式 和 观察者模式的异同。

二、什么是“生产者-消费者模式”？

和观察者模式不同，生产者-消费者模式 本身并不属于设计模式中的任何一种 。那么生产者-消费者模式到底是什么呢？下面我们用一个例子简单说明一下：

生产者-消费者模式.jpg

如同上图中所示，生产者和消费者就如同一本杂志的投稿作者和订阅的读者，同一本杂志的投稿作者可以有多个，它的读者也可以有多个，而杂志就是连接作者和读者的桥梁（即缓冲区）。通过杂志这个数据缓冲区，作者可以将完成的作品投递给订阅了杂志的读者，在这一过程中，作者不用关心读者是否收到了作品或是否完成了阅读，作者和读者是两个相对独立的对象，两者的行为互不影响。

可以看到，在这个例子当中出现了三个角色，分别是 生产者 、 消费者 以及 缓冲区 。生产者和消费者比较好理解，前者是生产数据，后者则是处理前者生产出来的数据。而缓冲区在生产者-消费者模式中则起到了一个解耦、 支持异步 、 支持忙闲不均 的作用。

三、两者的区别

1. 编程范式不同

生产者-消费者模式和观察者模式的第一个不同点在上面已经说过，前者是一种面向过程的软件设计模式，不属于Gang of Four提出的23种设计模式中的任何一种，而后者则是23中设计模式中的一种，也即面向对象的设计模式中的一种。

2. 关联关系不同

这一理念上的不同就带出了下一种不同点，即观察者模式中只有一对多的关系，没有多对多的关系，而在生产者-消费者模式中则是多对多的关系。

在观察者模式中，被观察者只有一个，观察者却可以有多个。就比如十字路口的交通灯，直行的车辆只会观察控制直行的交通灯，不会去观察控制左拐或者右拐的交通灯，也就是说观察的对象是固定唯一的。

而在生产者-消费者模式中则不同，生产者可以有多个，消费者也可以有多个。还是用上面作者和读者的例子，在这个例子当中，读者只关心杂志的内容而不必关心内容的创作者是谁，作者也只需要知道创作完的作品可以发布到对应的杂志，而不必关心会有那些读者。

3. 耦合关系不同

从上一个不同中不难看出生产者-消费者模式和观察者模式的耦合关系也不相同，前者为轻耦合，后者为重耦合。

4. 应用场景不同

观察者模式多用于事件驱动模型当中，生产者-消费者模式则多出现在进程间通信，用于进行解耦和并发处理，我们常用的消息队列用的就是生产者-消费者模式。当然在Java中使用生产者-消费者模式还需要注意缓冲区的线程安全问题，这里就不做过多叙述。

四、一个小例子

最后用一个简单的demo来结束本次的延伸学习。

1. StoreQueue--缓冲区

publicclassStoreQueue<T> {
privatefinalBlockingQueue<T>queue=newLinkedBlockingQueue<>();
/*** 队列中增加数据** @param data 生产者生产的数据*/publicvoidadd(Tdata) {
try {
queue.put(data);
        } catch (Exceptione) {
e.printStackTrace();
        }
    }
/*** 队列中获取数据** @return 从队列中获取到的数据*/publicTget() {
try {
returnqueue.take();
        } catch (Exceptione) {
e.printStackTrace();
        }
returnnull;
    }
}

在这个例子中，我们使用了jdk自身的阻塞队列BlockingQueue 来实现了一个缓冲区，这里只需要实现放数据和取数据的方法。如果我们自己实现一个阻塞队列，一方面需要注意阻塞的处理，另一方面需要考虑线程安全的问题，这里就不展开叙述了，有兴趣的同学可以看下BlockingQueue的源码。

2. Producer--生产者

publicclassProducerimplementsRunnable{
privateStoreQueue<String>storeQueue;
publicProducer(StoreQueue<String>storeQueue) {
this.storeQueue=storeQueue;
    }
@Overridepublicvoidrun() {
for (inti=0; i<10; i++) {
storeQueue.add(Thread.currentThread().getName() +":"+i);
        }
    }
}

3. Consumer--消费者

publicclassConsumerimplementsRunnable{
privateStoreQueue<String>storeQueue;
publicConsumer(StoreQueue<String>storeQueue) {
this.storeQueue=storeQueue;
    }
@Overridepublicvoidrun() {
try {
while (true) {
Stringdata=storeQueue.get();
System.out.println("当前消费线程 : "+Thread.currentThread().getName() +", 接收到数据 : "+data);
            }
        } catch (Exceptione) {
e.printStackTrace();
Thread.currentThread().interrupt();
        }
    }
}

4. 执行逻辑和运行结果

执行逻辑

publicstaticvoidmain(String[] args) {
StoreQueue<String>storeQueue=newStoreQueue<>();
Producerproducer=newProducer(storeQueue);
Consumerconsumer=newConsumer(storeQueue);
ProducerproducerTwo=newProducer(storeQueue);
ConsumerconsumerTwo=newConsumer(storeQueue);
newThread(producer).start();
newThread(consumer).start();
newThread(producerTwo).start();
newThread(consumerTwo).start();
    }

运行结果

当前消费线程 : Thread-1, 接收到数据 : Thread-0:0
当前消费线程 : Thread-1, 接收到数据 : Thread-0:1
当前消费线程 : Thread-1, 接收到数据 : Thread-0:2
当前消费线程 : Thread-1, 接收到数据 : Thread-0:3
当前消费线程 : Thread-1, 接收到数据 : Thread-0:4
当前消费线程 : Thread-3, 接收到数据 : Thread-0:5
当前消费线程 : Thread-3, 接收到数据 : Thread-0:7
当前消费线程 : Thread-3, 接收到数据 : Thread-0:8
当前消费线程 : Thread-3, 接收到数据 : Thread-0:9
当前消费线程 : Thread-3, 接收到数据 : Thread-2:0
当前消费线程 : Thread-3, 接收到数据 : Thread-2:1
当前消费线程 : Thread-3, 接收到数据 : Thread-2:2
当前消费线程 : Thread-3, 接收到数据 : Thread-2:3
当前消费线程 : Thread-3, 接收到数据 : Thread-2:4
当前消费线程 : Thread-3, 接收到数据 : Thread-2:5
当前消费线程 : Thread-3, 接收到数据 : Thread-2:6
当前消费线程 : Thread-3, 接收到数据 : Thread-2:7
当前消费线程 : Thread-3, 接收到数据 : Thread-2:8
当前消费线程 : Thread-3, 接收到数据 : Thread-2:9
当前消费线程 : Thread-1, 接收到数据 : Thread-0:6

可以看到在上面的数据结果中，不同生产者生产的数据只会被一个消费者消费，没有出现线程安全问题，这要归功于实现缓冲区使用到的 BlockingQueue 。