Go语言实现一个简单生产者消费者模型

目录

• 一、生产者消费者模型
• 二、Go语言实现
• 1、无缓冲channel
• 2、有缓冲channel
• 三、实际应用

简介：介绍生产者消费者模型，及go简单实现的demo。

一、生产者消费者模型

生产者消费者模型:某个模块（函数等〉负责产生数据，这些数据由另一个模块来负责处理（此处的模块是广义的，可以是类、函数、协程、线程、进程等)。产生数据的模块，就形象地称为生产者;而处理数据的模块，就称为消费者。
单单抽象出生产者和消费者，还够不上是生产者消费者模型。该模式还需要有一个缓冲区处于生产者和消费者之间，作为一个中介。生产者把数据放入缓冲区，而消费者从缓冲区取出数据。大概的结构如下图。

假设你要寄一件快递，大致过程如下。.
1．把快递封好——相当于生产者制造数据。
2．把快递交给快递中心——相当于生产者把数据放入缓冲区。
3．邮递员把快递从快递中心取出——相当于消费者把数据取出缓冲区。

这么看，有了缓冲区就有了以下好处：
解耦：降低消费者和生产者之间的耦合度。有了快递中心，就不必直接把快递交给邮寄员，邮寄快递的人不对邮寄员产生任何依赖，如果某一个天邮寄员换人了，对于邮寄快递的人也没有影响。假设生产者和消费者分别是两个类。如果让生产者直接调用消费者的某个方法，那么生产者对于消费者就会产生依赖（也就是耦合)。将来如果消费者的代码发生变化，可能会真接影响到生产者。而如果两者都依赖于某个缓冲区，两者之间不直接依赖，耦合度也就相应降低了。
并发：生产者消费者数量不对等，依然能够保持正常通信。由于函数调用是同步的(或者叫阻塞的)，在消费者的方法没有返回之前，生产者只好一直等在那边。万一消费者处理数据很慢，生产者只能等着浪费时间。使用了生产者消费者模式之后，生产者和消费者可以是两个独立的并发主体。生产者把制造出来的数据往缓冲区一丢，就可以再去生产下一个数据。基本上不用依赖消费者的处理速度。邮寄快递的人直接把快递扔个快递中心之后就不用管了。
缓存：生产者消费者速度不匹配，暂存数据。如果邮寄快递的人一次要邮寄多个快递，那么邮寄员无法邮寄，就可以把其他的快递暂存在快递中心。也就是生产者短时间内生产数据过快，消费者来不及消费，未处理的数据可以暂时存在缓冲区中。

二、Go语言实现

单向channel最典型的应用是“生产者消费者模型”。channel又分为有缓冲和无缓冲channel。channel中参数传递的时候，是作为引用传递。

1、无缓冲channel

示例代码一实现如下

package main

import "fmt"

func producer(out chan <- int) {
    for i:=0; i<10; i++{
        data := i*i
        fmt.Println("生产者生产数据:", data)
        out <- data  // 缓冲区写入数据
    }
    close(out)  //写完关闭管道
}

func consumer(in <- chan int){
        // 同样读取管道
    //for{
    //    val, ok := <- in
    //    if ok {
    //        fmt.Println("消费者拿到数据：", data)
    //    }else{
    //        fmt.Println("无数据")
    //        break
    //    }
    //}

    // 无需同步机制，先做后做
    // 没有数据就阻塞等
    for data := range in {
        fmt.Println("消费者得到数据：", data)
    }

}

func main(){
    // 传参的时候显式类型像隐式类型转换，双向管道向单向管道转换
    ch := make(chan int)  //无缓冲channel
    go producer(ch)  // 子go程作为生产者
    consumer(ch)  // 主go程作为消费者
}

这里使用无缓冲channel，生产者生产一次数据放入channel，然后消费者从channel读取数据，如果没有只能等待，也就是阻塞，直到管道被关闭。所以宏观是生产者消费者同步执行。
另外：这里是只而外开辟一个go程执行生产者，主go程执行消费者，如果也是用一个新的go程执行消费者，就需要阻塞main函数中的go程，否则不等待消费者和生产者执行完毕，主go程退出，程序直接结束，如示例代码三。

生产者每一次生产，消费者也只能拿到一次数据，缓冲区作用不大。结果如下：

2、有缓冲channel

示例代码二如下

package main

import "fmt"

func producer(out chan <- int) {
    for i:=0; i<10; i++{
        data := i*i
        fmt.Println("生产者生产数据:", data)
        out <- data  // 缓冲区写入数据
    }
    close(out)  //写完关闭管道
}

func consumer(in <- chan int){

    // 无需同步机制，先做后做
    // 没有数据就阻塞等
    for data := range in {
        fmt.Println("消费者得到数据：", data)
    }

}

func main(){
    // 传参的时候显式类型像隐式类型转换，双向管道向单向管道转换
    ch := make(chan int, 5)  // 添加缓冲区，5

    go producer(ch)  // 子go程作为生产者
    consumer(ch)  // 主go程作为消费者
}

有缓冲channel，只修改ch := make(chan int, 5) // 添加缓冲一句，只要缓冲区不满，生产者可以持续向缓冲区channel放入数据，只要缓冲区不为空，消费者可以持续从channel读取数据。就有了异步，并发的特性。
结果如下：

这里之所以终端生产者连续打印了大于缓冲区容量的数据，是因为终端打印属于系统调用也是有延迟的，IO操作的时候，生产者同时向管道写入，请求打印，管道的写入读取与终端输出打印速度不匹配。

三、实际应用

实际应用中，同时访问同一个公共区域，同时进行不同的操作。都可以划分为生产者消费者模型，比如订单系统。
很多用户的订单下达之后，放入缓冲区或者队列中，然后系统从缓冲区中去读来真正处理。系统不必开辟多个线程来对应处理多个订单，减少系统并发的负担。通过生产者消费者模式，将订单系统与仓库管理系统隔离开，且用户可以随时下单(生产数据)。如果订单系统直接调用仓库系统，那么用户单击下订单按钮后，要等到仓库系统的结果返回。这样速度会很慢。
也就是：用户变成了生产者，处理订单管理系统变成了消费者。

代码示例三如下

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

// 模拟订单对象
type OrderInfo struct {
    id int
}

// 生产订单--生产者
func producerOrder(out chan <- OrderInfo)  {
    // 业务生成订单
    for i:=0; i<10; i++{
        order := OrderInfo{id: i+1}
        fmt.Println("生成订单，订单ID为：", order.id)
        out <- order // 写入channel
    }
    // 如果不关闭，消费者就会一直阻塞，等待读
    close(out)  // 订单生成完毕，关闭channel
}

// 处理订单--消费者
func consumerOrder(in <- chan OrderInfo)  {
    // 从channel读取订单，并处理
    for order := range in{
        fmt.Println("读取订单，订单ID为：", order.id)
    }
}

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

这里如上面逻辑类似，不同的是用一个，OrderInfo结构体模拟订单作为业务处理对象。主线程使用time.Sleep(time.Second * 2)阻塞，否则，程序立即停止。
结果如下：

到此这篇关于Go语言实现一个简单生产者消费者模型的文章就介绍到这了,更多相关Go语言生产者消费者 内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！