線程安全的無鎖RingBuffer

  RingBuffer是環形緩衝區，支持讀和寫兩種操做，相似於循環隊列。在實現上，通常用數組存儲數據，同時設置雙指針head和tail，head指向隊首，tail指向隊尾。讀數據時，head++；寫數據時，tail++。顯然，RingBuffer不是線程安全的，須要對讀寫數據進行同步。然而，有一種特殊狀況：一個線程讀，一個線程寫，在這種狀況下能夠實現線程安全的無鎖RingBuffer，代碼以下：

public class RingBuffer<T> {
    private volatile T[] elements;
    private volatile int head;
    private volatile int tail;

    public RingBuffer(int capacity){
        this.elements=(T[])new Object[capacity];
        this.head=0;
        this.tail=-1;
    }

    private boolean isEmpty(){
        return tail+1==head;
    }

    private boolean isFull(){
        return tail+1-elements.length==head;
    }

    public void push(T element) throws IllegalArgumentException{
        if(isFull())
            throw new IllegalArgumentException("full queue");
        elements[(tail+1)%elements.length]=element;
        tail++;
    }

    public T pop() throws IllegalArgumentException{
        if(isEmpty())
            throw new IllegalArgumentException("empty queue");
        T element=elements[head%elements.length];
        head++;
        return element;
    }
}
複製代碼

  爲何上述代碼可以確保線程安全？能夠看到，建立RingBuffer後，只有寫線程修改tail，只有讀線程修改head，而且始終只有一個讀線程，一個寫線程，所以是沒有併發寫操做的。然而，因爲讀操做和寫操做都不是原子性的，有可能讀操做發生在寫操做的過程當中，寫操做發生在讀操做的過程當中。這樣會致使如下兩個問題：

• 對於讀操做，當RingBuffer爲空時，有可能讀到還沒寫的數據。
• 對於寫操做，當RingBuffer爲滿時，有可能寫到還沒讀的數據。

可是，對於寫操做，咱們是先修改elements，再修改tail；對於讀操做，咱們是先修改elements，再修改head。所以上述兩個問題是不存在的，咱們說上述RingBuffer是線程安全的，而且是無鎖的，具備較高的性能。