看程序员怎么解决食堂排队问题

栏目: 数据库 · 发布时间: 5年前

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看 <a href='https://www.codercto.com'>程序员</a> 怎么解决食堂排队问题

作者

寒食君i

原文标题

食堂中的生产-消费模型

如需转载,请联系原作者授权。

在学校的时候,我不爱去食堂成功,一是由于暗黑料理,更重要的一点是人太多了,队伍往往从窗口排到了门口,点菜、计算价格、付款三种业务由打饭阿姨一人完成,思维切换忙碌,操作变更频繁,导致效率低下,降低了食堂的吞吐量,造成了不好的用户体验。

看程序员怎么解决食堂排队问题

而最近在公司食堂吃饭,发现是另外一种设计:工作人员向餐台上添加食物,两条通道对顾客进行分流,顾客依次进入队列然后对餐台上的食物进行自取,最后在队列出口进行结账。

变成了这样:

看程序员怎么解决食堂排队问题

在学校食堂提供的打饭服务中,是由打饭阿姨单独完成一系列的操作。而在公司食堂,则将打饭解耦成了排盘与收银两个服务,降低了每个工作人员的工作复杂度,使其能更加专注于自己负责的工作。

同时,在学校食堂中,一名学生在打饭的同时,排在队伍后面的同学是出于等待状态,等待获取打饭阿姨的服务,这对于打饭阿姨的性能是极大的浪费。

而在公司食堂,这是一种生产-消费的模型。我们来看看都有些什么?

首先,消费者是谁?肯定是来用餐的顾客,消费的东西是什么?是餐台上的食物。而生产者则是将食物摆上餐台的工作人员。

那么将这个场景抽象化,可以用这张图来表示:

看程序员怎么解决食堂排队问题

这张图主要包含了这些信息:

  • 一个数据仓库

    用于数据缓存,生产者生产完数据放入,消费者从中取出。它有两个注意点:

    1. 同步,即生产者和消费者不能同时访问数据仓库。对应到现实世界,你可以理解为:顾客和工作人员不会在一个瞬间去访问餐台,两个顾客也不能在同一瞬间去争抢同一盘食物。

    2. 当仓库满了,生产者无法再添加数据进去,将处于阻塞状态,并提醒消费者进行消费;当仓库为空,消费者无法从中获取数据。处于阻塞状态,并提醒生产者进行生产。

  • 两种角色:生产者、消费者。

  • 两种关系:

    1. 依赖关系:生产者与消费者

    2. 竞争关系:生产者与生产者、消费者与消费者

那如何使用这种模型,将食堂这个场景来实现还原呢?我们可以这么分析:

  1. 数据仓库可以使用一个队列或数组来实现。但是要注意同步。我们这里选择java.util.concurrent包下的BlockingQueue,它有着已经实现的阻塞添加和阻塞删除的特性。当然也可以用一个List去自己实现。

  2. 生产者是一些线程,生产一些数据,将其入队。

  3. 消费者是一些线程,从队首获取数据,将其消费。

核心概念就是以上三点,那么我们接下来用代码简单实现一下。预期目标是让整个流程自动运行起来。

首先我们来定义一个食物类 Food ,这里从简,只给它一个 id 属性。

 1public class Food {
2 private int id;
3 //含参构造函数,这里用不到无参构造器,所以可以不写。否则新建对象将会出错。
4 public Food(int id){
5 this.id=id;
6 }
7 //get/set
8 public int getId() {
9 return id;
10 }
11 public void setId(int id) {
12 this.id = id;
13 }
14}

接着我们来编写生产者类 Producer 和消费者 Consumer ,让我们来想想这两个类该怎么去编写?

首先我们需要使用组合的方式来加入一条 BlockingQueue (阻塞队列),它是整个问题的核心,又由于这个容器是只用来存放 Food 的,我们可以加上泛型。

之前也提到了,Food有一个属性是id,那么这个id从何而来呢?应该是生产者生产Food时赋予的,而由于多位生产者在同时生产,为了保证id的唯一性,我们需要对其进行原子化的自增操作。这里我们可以使用java.util.concurrent.atomic包中的AtomicInteger,当然如果使用int,然后自己做一些同步操作也是可以的。(若这里对 Java 内存模型JMM不了解的,可以去阅读我写过的这篇文章: 由浅入深Java内存模型

那么, Producer 类可以这么写,将每个工作线程当作一名生产者,并作一些必要的文字输出,方便控制台观察:

 1public class Producer implements Runnable {
2 private boolean working=true;
3 private BlockingQueue<Food> queue;
4 private static AtomicInteger count = new AtomicInteger();
5 //构造函数
6 public Producer(BlockingQueue<Food> queue){
7 this.queue=queue;
8 }
9 @Override
10 public void run()
{
11 while(working){
12 int id=count.incrementAndGet();
13 Food food=new Food(id);
14// System.out.println(Thread.currentThread().getId()+"号员工开始工作");
15 if(queue.offer(food)){
16 System.out.println(Thread.currentThread().getId()+"号员工将"+food.getId()+"号食物加入餐台");
17 }else {
18 System.out.println("餐台已满,"+food.getId()+"号食物无法加入");
19 }
20 try {
21 Thread.sleep(1000*3);
22 } catch (InterruptedException e) {
23 e.printStackTrace();
24 }
25 }
26 }
27 public void stop(){
28 working=false;
29 }
30}

同理, Consumer 可以这么写:

 1public class Consumer implements Runnable {
2 private boolean working=true;
3 private BlockingQueue<Food> queue;
4//含参构造函数
5 public Consumer(BlockingQueue<Food> queue){
6 this.queue=queue;
7 }
8 @Override
9 public void run()
{
10 while (true){
11 try {
12 Food food=queue.take();//take()方式,若队列中没有元素则线程被阻塞
13 System.out.println(food.getId()+"号食物已被"+Thread.currentThread().getId()+"号顾客端走");
14 Thread.sleep(1000*2);
15 } catch (InterruptedException e) {
16 e.printStackTrace();
17 }
18 }
19
20 }
21}

最后,就是主函数调用了,我们使用线程池来对线程进行分配,这里我将数据队列定义为10个元素空间,线程池使用了newFixedThreadPool方式来规定5条线程,初始化3名生产者和15名消费者。

Main.java

 1public class Main {
2 public static void main(String[] args) {
3 BlockingQueue<Food> queue = new LinkedBlockingDeque<>(10);
4 Producer[] p=new Producer[3];
5 Consumer[] c=new Consumer[15];
6 for (int i=0;i<3;i++){
7 p[i]=new Producer(queue);
8 }
9 for (int j=0;j<15;j++){
10 c[j]=new Consumer(queue);
11 }
12 ExecutorService executorService= Executors.newFixedThreadPool(5);
13 for (int i=0;i<3;i++){
14 executorService.execute(p[i]);
15 }
16 for (int j=0;j<15;j++){
17 executorService.execute(c[j]);
18 }
19 try {
20 Thread.sleep(1000*20);
21 } catch (InterruptedException e) {
22 e.printStackTrace();
23 }
24 }
25}

下面就是食堂开张的时刻了


以上所述就是小编给大家介绍的《看程序员怎么解决食堂排队问题》,希望对大家有所帮助,如果大家有任何疑问请给我留言,小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对 码农网 的支持!

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