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生產者消費者模型及Golang簡單實作

2021-12-06 18:54:03 後端開發

簡介:介紹生產者消費者模型,及go簡單實作的demo,

一、生產者消費者模型

生產者消費者模型:某個模塊(函式等〉負責產生資料,這些資料由另一個模塊來負責處理(此處的模塊是廣義的,可以是類、函式、協程、執行緒、行程等),產生資料的模塊,就形象地稱為生產者;而處理資料的模塊,就稱為消費者,
單單抽象出生產者和消費者,還夠不上是生產者消費者模型,該模式還需要有一個緩沖區處于生產者和消費者之間,作為一個中介,生產者把資料放入緩沖區,而消費者從緩沖區取出資料,大概的結構如下圖,

假設你要寄一件快遞,大致程序如下,.
1.把快遞封好——相當于生產者制造資料,
2.把快遞交給快遞中心——相當于生產者把資料放入緩沖區,
3.郵遞員把快遞從快遞中心取出——相當于消費者把資料取出緩沖區,

這么看,有了緩沖區就有了以下好處:
解耦:降低消費者和生產者之間的耦合度,有了快遞中心,就不必直接把快遞交給郵寄員,郵寄快遞的人不對郵寄員產生任何依賴,如果某一個天郵寄員換人了,對于郵寄快遞的人也沒有影響,假設生產者和消費者分別是兩個類,如果讓生產者直接呼叫消費者的某個方法,那么生產者對于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,可能會真接影響到生產者,而如果兩者都依賴于某個緩沖區,兩者之間不直接依賴,耦合度也就相應降低了,
并發:生產者消費者數量不對等,依然能夠保持正常通信,由于函式呼叫是同步的(或者叫阻塞的),在消費者的方法沒有回傳之前,生產者只好一直等在那邊,萬一消費者處理資料很慢,生產者只能等著浪費時間,使用了生產者消費者模式之后,生產者和消費者可以是兩個獨立的并發主體,生產者把制造出來的資料往緩沖區一丟,就可以再去生產下一個資料,基本上不用依賴消費者的處理速度,郵寄快遞的人直接把快遞扔個快遞中心之后就不用管了,
快取:生產者消費者速度不匹配,暫存資料,如果郵寄快遞的人一次要郵寄多個快遞,那么郵寄員無法郵寄,就可以把其他的快遞暫存在快遞中心,也就是生產者短時間內生產資料過快,消費者來不及消費,未處理的資料可以暫時存在緩沖區中,

二、Go語言實作

單向channel最典型的應用是“生產者消費者模型”,channel又分為有緩沖和無緩沖channel,channel中引數傳遞的時候,是作為參考傳遞,

1、無緩沖channel

示例代碼一實作如下

package main

import "fmt"

func producer(out chan <- int) {
	for i:=0; i<10; i++{
		data := i*i
		fmt.Println("生產者生產資料:", data)
		out <- data  // 緩沖區寫入資料
	}
	close(out)  //寫完關閉管道
}


func consumer(in <- chan int){
        // 同樣讀取管道
	//for{
	//	val, ok := <- in
	//	if ok {
	//		fmt.Println("消費者拿到資料:", data)
	//	}else{
	//		fmt.Println("無資料")
	//		break
	//	}
	//}

	// 無需同步機制,先做后做
	// 沒有資料就阻塞等
	for data := range in {
		fmt.Println("消費者得到資料:", data)
	}

}


func main(){
	// 傳參的時候顯式型別像隱式型別轉換,雙向管道向單向管道轉換
	ch := make(chan int)  //無緩沖channel
	go producer(ch)  // 子go程作為生產者
	consumer(ch)  // 主go程作為消費者
}

這里使用無緩沖channel,生產者生產一次資料放入channel,然后消費者從channel讀取資料,如果沒有只能等待,也就是阻塞,直到管道被關閉,所以宏觀是生產者消費者同步執行,
另外:這里是只而外開辟一個go程執行生產者,主go程執行消費者,如果也是用一個新的go程執行消費者,就需要阻塞main函式中的go程,否則不等待消費者和生產者執行完畢,主go程退出,程式直接結束,如示例代碼三,
生產者每一次生產,消費者也只能拿到一次資料,緩沖區作用不大,結果如下:

2、有緩沖channel

示例代碼二如下

package main

import "fmt"

func producer(out chan <- int) {
	for i:=0; i<10; i++{
		data := i*i
		fmt.Println("生產者生產資料:", data)
		out <- data  // 緩沖區寫入資料
	}
	close(out)  //寫完關閉管道
}


func consumer(in <- chan int){

	// 無需同步機制,先做后做
	// 沒有資料就阻塞等
	for data := range in {
		fmt.Println("消費者得到資料:", data)
	}

}


func main(){
	// 傳參的時候顯式型別像隱式型別轉換,雙向管道向單向管道轉換
	ch := make(chan int, 5)  // 添加緩沖區,5

	go producer(ch)  // 子go程作為生產者
	consumer(ch)  // 主go程作為消費者
}

有緩沖channel,只修改ch := make(chan int, 5) // 添加緩沖一句,只要緩沖區不滿,生產者可以持續向緩沖區channel放入資料,只要緩沖區不為空,消費者可以持續從channel讀取資料,就有了異步,并發的特性,
結果如下:

這里之所以終端生產者連續列印了大于緩沖區容量的資料,是因為終端列印屬于系統呼叫也是有延遲的,IO操作的時候,生產者同時向管道寫入,請求列印,管道的寫入讀取與終端輸出列印速度不匹配,

三、實際應用

實際應用中,同時訪問同一個公共區域,同時進行不同的操作,都可以劃分為生產者消費者模型,比如訂單系統,
很多用戶的訂單下達之后,放入緩沖區或者佇列中,然后系統從緩沖區中去讀來真正處理,系統不必開辟多個執行緒來對應處理多個訂單,減少系統并發的負擔,通過生產者消費者模式,將訂單系統與倉庫管理系統隔離開,且用戶可以隨時下單(生產資料),如果訂單系統直接呼叫倉庫系統,那么用戶單擊下訂單按鈕后,要等到倉庫系統的結果回傳,這樣速度會很慢,
也就是:用戶變成了生產者,處理訂單管理系統變成了消費者,

代碼示例三如下

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)


// 模擬訂單物件
type OrderInfo struct {
	id int
}


// 生產訂單--生產者
func producerOrder(out chan <- OrderInfo)  {
	// 業務生成訂單
	for i:=0; i<10; i++{
		order := OrderInfo{id: i+1}
		fmt.Println("生成訂單,訂單ID為:", order.id)
		out <- order // 寫入channel
	}
	// 如果不關閉,消費者就會一直阻塞,等待讀
	close(out)  // 訂單生成完畢,關閉channel
}


// 處理訂單--消費者
func consumerOrder(in <- chan OrderInfo)  {
	// 從channel讀取訂單,并處理
	for order := range in{
		fmt.Println("讀取訂單,訂單ID為:", order.id)
	}
}

func main()  {
	ch := make(chan OrderInfo, 5)
	go producerOrder(ch)
	go consumerOrder(ch)
	time.Sleep(time.Second * 2)
}

這里如上面邏輯類似,不同的是用一個,OrderInfo結構體模擬訂單作為業務處理物件,主執行緒使用time.Sleep(time.Second * 2)阻塞,否則,程式立即停止,
結果如下:

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/houduan/373731.html

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