Go語言如何實現(xiàn)一個簡單生產(chǎn)者消費者模型

這篇文章給大家分享的是有關Go語言如何實現(xiàn)一個簡單生產(chǎn)者消費者模型的內(nèi)容。小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，一起跟隨小編過來看看吧。

一、生產(chǎn)者消費者模型

生產(chǎn)者消費者模型:某個模塊（函數(shù)等〉負責產(chǎn)生數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)由另一個模塊來負責處理（此處的模塊是廣義的，可以是類、函數(shù)、協(xié)程、線程、進程等)。產(chǎn)生數(shù)據(jù)的模塊，就形象地稱為生產(chǎn)者;而處理數(shù)據(jù)的模塊，就稱為消費者。
單單抽象出生產(chǎn)者和消費者，還夠不上是生產(chǎn)者消費者模型。該模式還需要有一個緩沖區(qū)處于生產(chǎn)者和消費者之間，作為一個中介。生產(chǎn)者把數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)，而消費者從緩沖區(qū)取出數(shù)據(jù)。大概的結(jié)構如下圖。

假設你要寄一件快遞，大致過程如下。.
1．把快遞封好——相當于生產(chǎn)者制造數(shù)據(jù)。
2．把快遞交給快遞中心——相當于生產(chǎn)者把數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)。
3．郵遞員把快遞從快遞中心取出——相當于消費者把數(shù)據(jù)取出緩沖區(qū)。

這么看，有了緩沖區(qū)就有了以下好處：
解耦：降低消費者和生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)者和消費者分別是兩個類。如果讓生產(chǎn)者直接調(diào)用消費者的某個方法，那么生產(chǎn)者對于消費者就會產(chǎn)生依賴（也就是耦合)。將來如果消費者的代碼發(fā)生變化，可能會真接影響到生產(chǎn)者。而如果兩者都依賴于某個緩沖區(qū)，兩者之間不直接依賴，耦合度也就相應降低了。
并發(fā)：生產(chǎn)者消費者數(shù)量不對等，依然能夠保持正常通信。由于函數(shù)調(diào)用是同步的(或者叫阻塞的)，在消費者的方法沒有返回之前，生產(chǎn)者只好一直等在那邊。萬一消費者處理數(shù)據(jù)很慢，生產(chǎn)者只能等著浪費時間。使用了生產(chǎn)者消費者模式之后，生產(chǎn)者和消費者可以是兩個獨立的并發(fā)主體。生產(chǎn)者把制造出來的數(shù)據(jù)往緩沖區(qū)一丟，就可以再去生產(chǎn)下一個數(shù)據(jù)?；旧喜挥靡蕾囅M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。
緩存：生產(chǎn)者消費者速度不匹配，暫存數(shù)據(jù)。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(chǎn)者短時間內(nèi)生產(chǎn)數(shù)據(jù)過快，消費者來不及消費，未處理的數(shù)據(jù)可以暫時存在緩沖區(qū)中。

二、Go語言實現(xiàn)

單向channel最典型的應用是“生產(chǎn)者消費者模型”。channel又分為有緩沖和無緩沖channel。channel中參數(shù)傳遞的時候，是作為引用傳遞。

1、無緩沖channel

示例代碼一實現(xiàn)如下

package main

import "fmt"

func producer(out chan <- int) {
    for i:=0; i<10; i++{
        data := i*i
        fmt.Println("生產(chǎn)者生產(chǎn)數(shù)據(jù):", data)
        out <- data  // 緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)
    }
    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("消費者拿到數(shù)據(jù)：", data)
    //    }else{
    //        fmt.Println("無數(shù)據(jù)")
    //        break
    //    }
    //}

    // 無需同步機制，先做后做
    // 沒有數(shù)據(jù)就阻塞等
    for data := range in {
        fmt.Println("消費者得到數(shù)據(jù)：", data)
    }

}


func main(){
    // 傳參的時候顯式類型像隱式類型轉(zhuǎn)換，雙向管道向單向管道轉(zhuǎn)換
    ch := make(chan int)  //無緩沖channel
    go producer(ch)  // 子go程作為生產(chǎn)者
    consumer(ch)  // 主go程作為消費者
}

這里使用無緩沖channel，生產(chǎn)者生產(chǎn)一次數(shù)據(jù)放入channel，然后消費者從channel讀取數(shù)據(jù)，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(chǎn)者消費者同步執(zhí)行。
另外：這里是只而外開辟一個go程執(zhí)行生產(chǎn)者，主go程執(zhí)行消費者，如果也是用一個新的go程執(zhí)行消費者，就需要阻塞main函數(shù)中的go程，否則不等待消費者和生產(chǎn)者執(zhí)行完畢，主go程退出，程序直接結(jié)束，如示例代碼三。

生產(chǎn)者每一次生產(chǎn)，消費者也只能拿到一次數(shù)據(jù)，緩沖區(qū)作用不大。結(jié)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(chǎn)者生產(chǎn)數(shù)據(jù):", data)
        out <- data  // 緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)
    }
    close(out)  //寫完關閉管道
}


func consumer(in <- chan int){

    // 無需同步機制，先做后做
    // 沒有數(shù)據(jù)就阻塞等
    for data := range in {
        fmt.Println("消費者得到數(shù)據(jù)：", data)
    }

}


func main(){
    // 傳參的時候顯式類型像隱式類型轉(zhuǎn)換，雙向管道向單向管道轉(zhuǎn)換
    ch := make(chan int, 5)  // 添加緩沖區(qū)，5

    go producer(ch)  // 子go程作為生產(chǎn)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(qū)不滿，生產(chǎn)者可以持續(xù)向緩沖區(qū)channel放入數(shù)據(jù)，只要緩沖區(qū)不為空，消費者可以持續(xù)從channel讀取數(shù)據(jù)。就有了異步，并發(fā)的特性。
結(jié)果如下：

這里之所以終端生產(chǎn)者連續(xù)打印了大于緩沖區(qū)容量的數(shù)據(jù)，是因為終端打印屬于系統(tǒng)調(diào)用也是有延遲的，IO操作的時候，生產(chǎn)者同時向管道寫入，請求打印，管道的寫入讀取與終端輸出打印速度不匹配。

三、實際應用

實際應用中，同時訪問同一個公共區(qū)域，同時進行不同的操作。都可以劃分為生產(chǎn)者消費者模型，比如訂單系統(tǒng)。
很多用戶的訂單下達之后，放入緩沖區(qū)或者隊列中，然后系統(tǒng)從緩沖區(qū)中去讀來真正處理。系統(tǒng)不必開辟多個線程來對應處理多個訂單，減少系統(tǒng)并發(fā)的負擔。通過生產(chǎn)者消費者模式，將訂單系統(tǒng)與倉庫管理系統(tǒng)隔離開，且用戶可以隨時下單(生產(chǎn)數(shù)據(jù))。如果訂單系統(tǒng)直接調(diào)用倉庫系統(tǒng)，那么用戶單擊下訂單按鈕后，要等到倉庫系統(tǒng)的結(jié)果返回。這樣速度會很慢。
也就是：用戶變成了生產(chǎn)者，處理訂單管理系統(tǒng)變成了消費者。

代碼示例三如下

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)


// 模擬訂單對象
type OrderInfo struct {
    id int
}


// 生產(chǎn)訂單--生產(chǎn)者
func producerOrder(out chan <- OrderInfo)  {
    // 業(yè)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(jié)構體模擬訂單作為業(yè)務處理對象。主線程使用time.Sleep(time.Second * 2)阻塞，否則，程序立即停止。
結(jié)果如下：

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