Producer-Consumer 패턴

producer(생산자)는 데이터를 작성하는 스레드, consumer(소비자)는 데이터를 이용하는 스레드. 생산자와 소비자가 서로 다른 스레드로 움직일 때, 양자의 처리 속도의 어긋남이 문제가 된다. 소비자가 데이터를 수신하려고 할 때 데이터가 아직 생성되지 않았거나 생산자가 데이터를 전달하려고 할 때 소비자가 데이터를 수신 할 수있는 상태가 아닐 수도 있습니다. Producer-Consumer 패턴에서는, 생산자와 소비자의 사이에 「교도역」이 들어간다. 이 다리 역할은 스레드 사이의 처리 속도의 어긋남을 채 웁니다. 생산자와 소비자 모두가 단수인 경우 파이프 패턴이라고 할 수 있습니다.

3명의 수탉이 케이크를 만들어 테이블에 놓고, 그것을 3명의 손님이 먹는, 테이블에는 3개까지 케이크를 둘 수 있다는 예를 생각한다. 테이블 위에 3개의 케이크가 놓여 있는데, 콕이 테이블에 더 케이크를 두려고 했다면, 콕은 테이블에 둘 곳이 생길 때까지 기다린다. 테이블 위에 1개도 케이크가 놓여 있지 않을 때, 손님이 테이블에서 케이크를 취하려고 하면, 손님은 케이크가 놓일 때까지 기다린다.

(코드 전체는 본서를 참조)

MakerThread

public class MakerThread extends Thread { 
    ...
    private static int id = 0; // ƒケーキ通し番号(全コックで共通)
    ...
    public void run() { 
        try { 
            while (true) { 
                Thread.sleep(random.nextInt(1000)); 
                String cake = "[ Cake No." + nextId() + " by " + getName() + " ]"; 
                table.put(cake); 
            } 
        } catch (InterruptedException e) { 
        } 
    } 
    private static synchronized int nextId() { 
        return id++; 
    } 
}

EaterThread

public class EaterThread extends Thread { 
    ...
    public void run() { 
        try { 
            while (true) { 
                String cake = table.take(); 
                Thread.sleep(random.nextInt(1000)); 
            } 
        } catch (InterruptedException e) { 
        } 
    }
    ...

표

public class Table { 
    private final String[] buffer; 
    private int tail;  // 次にputする場所
    private int head;  // 次にtakeする場所
    private int count; // buffer内のケーキ数
    ...
    // ケーキを置く
    public synchronized void put(String cake) throws InterruptedException { 
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " puts " + cake); 
        while (count >= buffer.length) { 
            wait(); 
        } 
        buffer[tail] = cake; 
        tail = (tail + 1) % buffer.length; 
        count++; 
        notifyAll(); 
    } 
    // ケーキを取る
    public synchronized String take() throws InterruptedException { 
        while (count <= 0) { 
            wait(); 
        } 
        String cake = buffer[head]; 
        head = (head + 1) % buffer.length; 
        count--; 
        notifyAll(); 
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " takes " + cake); 
        return cake; 
    } 
}

실행 결과

...
MakerThread-1 puts [ Cake No.10 by MakerThread-1 ]
EaterThread-1 takes [ Cake No.10 by MakerThread-1 ]
MakerThread-1 puts [ Cake No.11 by MakerThread-1 ]
EaterThread-3 takes [ Cake No.11 by MakerThread-1 ]
MakerThread-3 puts [ Cake No.12 by MakerThread-3 ]
MakerThread-3 puts [ Cake No.13 by MakerThread-3 ]
EaterThread-2 takes [ Cake No.12 by MakerThread-3 ]
EaterThread-3 takes [ Cake No.13 by MakerThread-3 ]
...

등장인물

데이터 역할:
Producer 역에 의해 작성되어 Consumer 역에 의해 이용된다. 위의 예에서 케이크가 이것에 해당합니다.
Producer 역할:
데이터 역할을 만들고 채널 역할에 전달합니다. 위의 예에서는 MakerThread 클래스가 이것에 해당한다.
Consumer 역할:
Channel 역으로부터 Data 역을 받아 이용한다. 위의 예에서는, EaterThread 클래스가 이것에 해당한다.
채널 역할:
Producer 역으로부터 Data 역을 받아, 보관, Consumer 역으로부터의 요구에 응해 Data 역을 건네준다. Producer 역과 Consumer 역으로부터의 액세스에 대해서 배타 제어를 실시한다. Channel 역은 Producer 역과 Consummer 역 사이에 들어가 Data 역을 건네주는 중계 지점의 역할, 통신로의 역할을 한다. 위의 예에서는, Table 클래스가 이것에 해당한다.

생각을 넓히는 팁

멀티 thread의 동작에의 배려를 실시하고 있는 코드는, 모두 Channel역인 Table 클래스안에 숨겨져 있다.

Producer 역은 Consumer 역의 처리의 진행 상태에 좌우되지 않는다.

InterruptedException이라는 예외가 throw될 가능성이 있다는 것은, 「시간이 걸리는」메소드인, 「캔슬할 수 있는」메소드라고 말할 수 있다.

thread가 wait로 기다리고 있는 경우에도, sleep와 같은 것으로 캔슬할 수 있다. interrupt 메소드를 사용하면, wait 하고 있는 thread에 대해서, 「이제 notify/notifyAll를 기다리지 않아도 된다. 그러나, wait의 경우에는, 락에 주의할 필요가 있다. 스레드는 가중치 세트에있을 때 일단 잠금을 해제했습니다. wait중에 interrupt를 불린 thread(즉, 캔슬 된 thread)는, 락을 재취득하고 나서 InterruptedException를 던진다. 즉, 락이 잡힐 때까지는 예외 InterruptedException를 던질 수 없다.

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