使用C#的泛型队列Queue实现生产消费模式

 

本篇体验使用C#的泛型队列Queue<T>实现生产消费模式。

 

如果把生产消费想像成自动流水生产线的话，生产就是流水线的物料，消费就是某种设备对物料进行加工的行为，流水线就是队列。

 

现在，要写一个体现生产消费模式的泛型帮助类，比如叫ProducerConsumer<T>。

 

该类肯定会维护一个有关生产、物料的Queue<T>类型的字段，还存在一个有关消费、Action<T>类型的字段。

 

在ProducerConsumer类的构造函数中，为Action<T>类型的字段赋值，并开启后台有关消费的线程。

 

ProducerConsumer类肯定存在一个进队列的方法，并且要保证在多线程情况下，同一时间只有一个生产或物料进入队列。

 

ProducerConsumer类还存在一个有关消费的方法，并且保证在多线程情况下，同一时间只有一个生产或物料出列，并消费它。

 

另外，在生产或物料在出队列的时候，可能会出现队列中暂时没有生产或物料的情况，这时候我们希望线程阻塞一下，这需要通过AutoResetEvent实现。AutoResetEvent的大致原理是：当生产或物料进入队列的时候需要告诉AutoResetEvent一下，当队列中暂时没有生产或物料的时候，也需要告诉AutoResetEvent，让它来阻塞线程。

 

  //有关生产消费的泛型类
    public class ProducerConsumer<T>
    {
        //用来存储生产者的队列
        private readonly Queue<T>  queue = new Queue<T>();
        //锁
        private readonly object queueLocker = new object();
        //消费行为
        private readonly Action<T> consumerAction;
        //出列的时候需要检查队列中是否有元素，如果没有，需要阻塞
        private readonly AutoResetEvent queueWaitHandle = new AutoResetEvent(false);
        public ProducerConsumer(Action<T> consumerAction)
        {
            if (consumerAction == null)
            {
                throw new ArgumentNullException("consumerAction");
            }
            this.consumerAction = consumerAction;
            //后台开启一个线程开始消费生产者
            new Thread(this.ConsumeItems){IsBackground = true}.Start();
        }
        //进列
        public void Enqueue(T item)
        {
            //确保同一时间只有一个生产者进列
            lock (queueLocker)
            {
                queue.Enqueue(item);
                //每次进列都要设置AutoResetEvent事件
                this.queueWaitHandle.Set();
            }
        }
        //消费动作
        private void ConsumeItems()
        {
            while (true)
            {
                T nextItem = default(T);
                //标志，确认队列中的生产者是否存在
                bool doesItemExist;
                //确保同一时间只有一个生产者出列
                lock (this.queueLocker)
                {
                    //先确认队列中的生产者是否存在
                    doesItemExist = this.queue.Count > 0;
                    if (doesItemExist)
                    {
                        nextItem = this.queue.Dequeue();
                    }
                    
                }
                //如果生产者存在，才消费生产者
                if (doesItemExist)
                {
                    this.consumerAction(nextItem);
                }
                else//否则的话，再等等下一个队列中的生产者
                {
                    this.queueWaitHandle.WaitOne();
                }
                
            }
        }
    }

 

客户端，针对多线程情形。

 

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //实例化一个int类型的生产消费实例
            var producerConsumer = new ProducerConsumer<int>(i => Console.WriteLine("正在消费" + i));
            Random random = new Random();
            //开启进队列线程
            var t1 = new Thread(() =>
            {
                for (int i = 0; i < 100; i++)
                {
                    producerConsumer.Enqueue(i);
                    Thread.Sleep(random.Next(0,5));
                }
            });
            var t2 = new Thread(() =>
            {
                for (int i = 0; i > -100; i--)
                {
                    producerConsumer.Enqueue(i);
                    Thread.Sleep(random.Next(0, 5));
                }
            });
            t1.Start();
            t2.Start();
            t1.Join();
            t2.Join();
            Thread.Sleep(50);
            Console.ReadKey();
        }
    }