線程安全的無鎖RingBuffer的實現【多個寫線程一個讀線程】

在之前的一篇博客中，寫了一個在特殊情況下，也就是隻有一個讀線程和一個寫線程的情況下，的無鎖隊列的實現。其中甚至都沒有利用特殊的原子加減操作，只是普通的運算。這樣做的原因是，即使是特殊的原子加減操作，也比普通的加減運算複雜度高很多。因此文中的實現方法可以達到很高的運行效率。

但是，有的情況下並不是只有一個讀線程和一個寫線程。越是一般化的實現，支持的情況越多，但是往往損失的性能也越多。作者看到過一個實現（http://www.oschina.net/code/snippet_732357_13465），可以實現一個讀線程，多個寫線程，或者相反，一個寫線程，多個讀線程。這篇文章中作者採用了原子加減的操作。所以這樣的實現的運行效率會稍有點低。那麼，如果情況稍特殊一點，比如，有一個線程讀，兩個線程寫，這時可以有一個特殊的實現能夠達到很高的效率嗎？作者折騰了一番，找到了一個方法。

原理如下圖所示。 

基本原理是，將整個buffer分成兩份，兩個寫線程分別寫入其中的一部分。這樣就避免了兩個寫線程之間的衝突。而避免讀線程和寫線程之間衝突的原理，則和之前的博客中的原理相同，也就是，寫線程只修改tail的值，而讀線程只修改head的值。這樣，就不會出現數據還沒讀就被覆蓋，或者數據還沒寫就被讀出的情況了。

這樣的實現有一些缺點。一個是空間利用率不夠高，會有浪費，因爲有可能一部分寫滿了而另外一部分還空着；其次，是不能保證讀出的順序和寫入的順序是一致的。不過，實際上有兩個線程寫的時候，這點本來就不重要。沒辦法保證那個線程先寫，哪個後寫。最後，在這個實現中，是buffer的兩個部分輪流讀數據。這個策略可以根據兩個寫線程的數據速率進行調整。

但是，這個實現有一個最大的好處，就是速度快。同樣沒有采用原子加減操作，而只是普通的加減操作。因此實現了很高的運行速度。在符合兩個寫線程，一個讀線程，並且對運行速度有很高要求的場合中，這個實現是一個很好的選擇。

最後，附上代碼。代碼同樣可以在github上找到https://github.com/drneverend/buffers/blob/master/ringbuffer/RingBuffer1r2w.java

 

 1 public class RingBuffer {
 2     private final static int bufferSize = 1024;
 3     private final static int halfBufferSize = bufferSize / 2;
 4     private String[] buffer = new String[bufferSize];
 5     private int head1 = 0;
 6     private int tail1 = 0;
 7     private int head2 = 0;
 8     private int tail2 = 0;
 9     private int nextReadBuffer = 0;
10     
11     private Boolean empty1() {
12         return head1 == tail1;
13     }
14     private Boolean empty2() {
15         return head2 == tail2;
16     }
17     private Boolean empty() {
18         return empty1() && empty2();
19     }
20     private Boolean full1() {
21         return (tail1 + 1) % halfBufferSize == head1;
22     }
23     private Boolean full2() {
24         return (tail2 + 1) % halfBufferSize == head2;
25     }
26     public Boolean put1(String v) {
27         if (full1()) {
28             return false;
29         }
30         buffer[tail1] = v;
31         tail1 = (tail1 + 1) % halfBufferSize;
32         return true;
33     }
34     public Boolean put2(String v) {
35         if (full2()) {
36             return false;
37         }
38         buffer[tail2 + halfBufferSize] = v;
39         tail2 = (tail2 + 1) % halfBufferSize;
40         return true;
41     }
42     public String get() {
43         if (empty()) {
44             return null;
45         }
46         String result = null;
47         if (nextReadBuffer == 0 && !empty1() || nextReadBuffer == 1 && empty2()) {
48             result = buffer[head1];
49             head1 = (head1 + 1) % halfBufferSize;
50         } else {
51             result = buffer[head2 + halfBufferSize];
52             head2 = (head2 + 1) % halfBufferSize;
53         }
54         
55         nextReadBuffer = (nextReadBuffer + 1) % 2;
56 
57         return result;
58     }
59 }