【设计模式】非GOF的常见设计模型

news2024/11/24 11:12:51

结构型模式

在这里插入图片描述

系列综述：
来源：该系列是主要参考《大话设计模式》和《设计模式(可复用面向对象软件的基础)》，其他详细知识点拷验来自于各大平台大佬的博客。
总结：设计模式汇总篇
如果对你有用，希望关注·点赞·收藏一波。

文章目录

😊点此到文末惊喜↩︎

生产者消费者模型

定义
- 目的：多线程环境中，解决生产者和消费者对共享队列访问的同步问题（共享和互斥、同步和异步概念）
过程
- 生产者：生成数据并放入共享队列（缓冲区）中
- 消费者：从共享队列（缓冲区）中获取数据并进行消费
- 共享队列的同步：使用PV信号量匹配生产者和消费者的速率差异

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <queue>
using namespace std;
// 定义消息队列类
class MessageQueue {
public:
    MessageQueue () {}
    // 生产者生产数据放入消息队列中
    void push(string msg) {
        unique_lock<mutex> lock(m_mutex); // 1.上锁：保证{}范围内的互斥访问
        m_queue.push(msg);	// 2.生产：向消息队列中添加消息 
        m_cv.notify_one();	// 3.唤醒：唤醒在该条件变量上等待队列优先级最高的一个线程
        // m_cv.notify_all()会唤醒所有线程，但是会造成资源争用，要谨慎使用
    }

    // 消费者从消息队列中取出消息
    std::string pop() {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(m_mutex);// 1. 上锁
        // 2. 队列为空则等待：如果队列为空，等待生产者添加消息
        while (m_queue.empty()) { 
            m_cv.wait(lock); // 使当前线程在条件变量上等待
        }
        // 3. 消费：取出消息并返回
        string msg = m_queue.front();
        m_queue.pop();
        return msg;
    }

private:
    mutex m_mutex; 				// 互斥锁：保证消息队列和条件变量的互斥访问
    condition_variable m_cv; 	// 条件变量：保证生产者和消费者的同步
    queue<std::string> m_queue;	// 消息队列：生产者和消费者的缓冲区
};

// 定义生产者线程函数
void producer(MessageQueue& mq) {
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        std::string msg = "message " + std::to_string(i);
        mq.push(msg);
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100)); 
        // 生产者线程休眠一段时间
    }
}

// 定义消费者线程函数
void consumer(int id, MessageQueue& mq) {
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        string msg = mq.pop();
        cout << "consumer " << id << " get message: " << msg << std::endl;
        this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(200)); 
        // 消费者线程休眠一段时间
    }
}

// 测试生产者消费者模型
int main() {
    MessageQueue mq;
    std::thread t1(producer, std::ref(mq));
    std::thread t2(consumer, 1, std::ref(mq));
    std::thread t3(consumer, 2, std::ref(mq));
    std::thread t4(consumer, 3, std::ref(mq));
    t1.join();
    t2.join();
    t3.join();
    t4.join();
    return 0;
}