架構設計：生產者/消費者模式 第6頁：環形緩衝區的實現

架構設計：生產者/消費者模式 第6頁：環形緩衝區的實現

◇判斷「空」和「滿」

    上述的操做並不複雜，不過有一個小小的麻煩：空環和滿環的時候，R和W都指向同一個位置！這樣就沒法判斷究竟是「空」仍是「滿」。大致上有兩種方法能夠解決該問題。

    辦法1：始終保持一個元素不用

    當空環的時候，R和W重疊。當W比R跑得快，追到距離R還有一個元素間隔的時候，就認爲環已經滿。當環內元素佔用的存儲空間較大的時候，這種辦法顯得很土（浪費空間）。

    辦法2：維護額外變量

    若是不喜歡上述辦法，還能夠採用額外的變量來解決。好比能夠用一個整數記錄當前環中已經保存的元素個數（該整數>=0）。當R和W重疊的時候，經過該變量就能夠知道是「空」仍是「滿」。

    ◇元素的存儲

    因爲環形緩衝區自己就是要下降存儲空間分配的開銷，所以緩衝區中元素的類型要選好。儘可能存儲值類型的數據，而不要存儲指針（引用）類型的數據。由於指針類型的數據又會引發存儲空間（好比堆內存）的分配和釋放，使得環形緩衝區的效果打折扣。

    ★應用場合

    剛纔介紹了環形緩衝區內部的實現機制。按照前一個帖子的慣例，咱們來介紹一下在線程和進程方式下的使用。

    若是你所使用的編程語言和開發庫中帶有現成的、成熟的環形緩衝區，強烈建議使用現成的庫，不要從新制造輪子；確實找不到現成的，才考慮本身實現。若是你純粹是業餘時間練練手，那另當別論。

    ◇用於併發線程

    和線程中的隊列緩衝區相似，線程中的環形緩衝區也要考慮線程安全的問題。除非你使用的環形緩衝區的庫已經幫你實現了線程安全，不然你仍是得本身動手搞定。線程方式下的環形緩衝區用得比較多，相關的網上資料也多，下面就大體介紹幾個。

    對於C++的程序員，強烈推薦使用boost提供的circular_buffer模板，該模板最開始是在boost 1.35版本中引入的。鑑於boost在C++社區中的地位，大夥兒應該能夠放心使用該模板。

    對於C程序員，能夠去看看開源項目circbuf，不過該項目是GPL協議的，不太爽；並且活躍度不過高；並且只有一個開發人員。大夥兒慎用！建議只拿它當參考。

    對於C#程序員，能夠參考CodeProject上的一個示例。

    ◇用於併發進程

    進程間的環形緩衝區，彷佛少有現成的庫可用。大夥兒只好本身動手、豐衣足食了。

    適用於進程間環形緩衝的IPC類型，常見的有共享內存和文件。在這兩種方式上進行環形緩衝，一般都採用數組的方式實現。程序事先分配好一個固定長度的存儲空間，而後具體的讀寫操做、判斷「空」和「滿」、元素存儲等細節就可參照前面所說的來進行。

    共享內存方式的性能很好，適用於數據流量很大的場景。可是有些語言（好比Java）對於共享內存不支持。所以，該方式在多語言協同開發的系統中，會有必定的侷限性。

    而文件方式在編程語言方面支持很好，幾乎全部編程語言都支持操做文件。但它可能會受限於磁盤讀寫（Disk I/O）的性能。因此文件方式不太適合於快速數據傳輸；可是對於某些「數據單元」很大的場合，文件方式是值得考慮的。

    對於進程間的環形緩衝區，一樣要考慮好進程間的同步、互斥等問題，限於篇幅，此處就不細說了。