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DAY 8
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Software Development

Hey! Go Design Patterns系列 第 8

DAY 8:Producer Consumer Pattern,點菜了,三份穿褲子的豬,一盤熱空氣,把牛變成鱒魚

什麼是 Producer Consumer Pattern?

多個 Producer(生產者)提供任 Job 任務,多個 Consumer(消費者)消費任務

有時候系統的任務不會直接執行,而由多個 Producer 程序存到一個 queue 中,再由其他 Consumer 程序讀取 queue 執行,這樣的話可以使 Producer 與 Consumer 程序間沒有直接關係,他們只依賴 queue,即可解耦。

例如在微服務的系統下,會利用 kafka 來做 message queue system,這樣即使微服務 auto scaling(水平擴增)也不會為服務找不到彼此,以 golang 的維度去對比這個問題如圖:

由於 Producer goroutine 直接呼叫 A Consumer goroutine,導致兩者綁定,Producer goroutine 沒有機會把資訊傳送給 B Consumer goroutine 消費,這樣資訊一多時,Consumer 程序沒辦法增強消費能力會導致緩慢。

所以會設計一個 job channel 來搜集多個 Producer 的 Job,並交由 Consumer 處理,gorotine 只相依 channel 而不是其他 gorotine,就可以擴增 gorotine 的數量,如圖:

問題情境

類似 Uber 的計程車系統,會有多個使用者叫車,不同的司機接單會收到此使用者的資訊。

相關的 code 在Github - go-design-patterns

實作有問題的系統如下,有三位使用者糖糖鹽鹽乖乖分別會使用UberProducer()去叫車,由於沒有 job channel,每位使用者都在叫車時就要立即用UberConsumer()指定司機載人,這導致系統沒有分配 job 給 consumer 的功能:

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

type UserInfo struct {
	ID   uint32
	Name string
}

var userInfos = []UserInfo{
	{
		1,
		"糖糖",
	},
	{
		2,
		"鹽鹽",
	},
	{
		3,
		"乖乖",
	},
}

func UberProducer(job chan<- UserInfo, i int) {
	go UberConsumer(userInfos[i], i)
}

func UberConsumer(userInfo UserInfo, id int) {
	fmt.Printf("uber consumer %d get %s user\n", id, userInfo.Name)
}

func main() {
	job := make(chan UserInfo)
	UberProducerCount := len(userInfos)

	for i := 0; i < UberProducerCount; i++ {
		go UberProducer(job, i)
	}

	time.Sleep(10 * time.Second) //等待goroutine執行完畢
}

這使得每次叫車都只會叫到 consumer 0, 1, 2:

解決方式

三位使用者一樣使用UberProducer()去叫車,而設計一個 job channel 會搜集這三位使用者的叫車單與資訊。而UberConsumer()則會利用for userInfo := range job不斷監聽 job channel 是否有新的叫車,如果有的話就執行載客服務

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

type UserInfo struct {
	ID   uint32
	Name string
}

var userInfos = []UserInfo{
	{
		1,
		"糖糖",
	},
	{
		2,
		"鹽鹽",
	},
	{
		3,
		"乖乖",
	},
}

func UberProducer(job chan<- UserInfo, i int) {
	job <- userInfos[i]
}

func UberConsumer(job <-chan UserInfo, id int) {
	for userInfo := range job {
		fmt.Printf("uber consumer %d get %s user\n", id, userInfo.Name)
	}
}

func main() {
	job := make(chan UserInfo)
	UberProducerCount := len(userInfos)
	UberConsumerCount := 5

	for i := 0; i < UberProducerCount; i++ {
		go UberProducer(job, i)
	}

	for i := 0; i < UberConsumerCount; i++ {
		go UberConsumer(job, i)
	}

	time.Sleep(10 * time.Second) //等待goroutine執行完畢
}

由於 job channel 的關係,只要正在等待的 consumer 都有機會獲得 job,所以運行的結果是 consumer 3, 0, 4 載到客,並非 0, 1, 2:


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