使用環形隊列進行內存管理

最近須要對採集的數據作實時處理，而且不止作一種處理，而數據採集是由一個單獨的線程負責的，所以能夠稱做單生產者多消費者。要求是速度要儘可能的快，不能阻塞數據採集線程，而數據處理線程並不要求處理全部的數據，能夠以比較低的速率或者採樣率來處理實時的數據。

所以設計了一種數據結構，總體上是對一個定長的數組進行封裝，數組中的元素是所謂的「內存單元」

struct MemoryMutexUnit{
    QReadWriteLock mutex;
    void *buffer;
};

這裏是用Qt的數據結構實現，這個內存單元由一個讀寫鎖和一個指針組成，爲每一個指針加個單獨的鎖的緣由是爲了讀寫分離，在大多數狀況下，數據採集線程和數據讀取線程使用的並非同一個內存單元，所以能夠避免出現有線程等待鎖釋放的狀況，至少在大多數的狀況下是如此的。

接下來就是對內存單元的數組進行封裝，並提供接口給外部使用。

static const int BUF_LEN=2048*2048;

class MemoryLoopMutex
{
    const int m_capacity;
    QAtomicInt m_index;

    MemoryMutexUnit *m_units;
public:
    MemoryLoopMutex();

    bool addBuffer(void*);
    bool copyBuffer(void*);
    void clearBuffer();
};

稱之爲"MemoryLoop"是由於咱們會環狀的遍歷內存單元數組m_units，索引m_index指向的是最新可讀的內存單元，數據採集線程會從索引m_index開始順序的查找下一個可寫的內存單元，若是到了數組最後一個元素就再從第一個元素開始，所以是環狀的遍歷。一個內存單元可寫是指其中的讀寫鎖能夠LockForWrite，若是有線程正在讀這個內存單元，那麼這個單元就是不可寫的。

具體實現以下

MemoryLoopMutex::MemoryLoopMutex():
    m_capacity(100),m_index(-1)
{
    m_units=new MemoryMutexUnit[m_capacity];

    for(int i=0;i<m_capacity;i++){
        MemoryMutexUnit *pUnit=m_units+i;
        pUnit->buffer=malloc(BUF_LEN);
    }
}

構造函數做用就是初始化每一個內存單元。

bool MemoryLoopMutex::addBuffer(void *buffer){
    int index=m_index.loadAcquire();
    if(index<0){index=0;}

    int tryIndex=(index+1)%m_capacity;

    while(tryIndex!=index){
        MemoryMutexUnit *pUnit=m_units+tryIndex;

        if(pUnit->mutex.tryLockForWrite(1)){
            memcpy(pUnit->buffer,buffer,BUF_LEN);
            pUnit->mutex.unlock();

            m_index.storeRelease(tryIndex);
            return true;
        }

        tryIndex=(tryIndex+1)%m_capacity;
        qDebug()<<"another try"<<tryIndex<<m_capacity;
    }

    return false;
}

將數據採集線程獲得的緩衝區內存指針memcpy到某個內存單元中，while部分就是環狀的遍歷全部的內存單元，直到找到一個可寫的單元。

bool MemoryLoopMutex::copyBuffer(void *buffer){
    int index=m_index.loadAcquire();
    if(index<0||index>=m_capacity){return false;}

    MemoryMutexUnit *pUnit=m_units+index;
    if(!pUnit->mutex.tryLockForRead(1)){return false;}

    memcpy(buffer,pUnit->buffer,BUF_LEN);

    pUnit->mutex.unlock();
    return true;
}

上面的這段代碼負責的是內存讀取功能，就是將最新可讀的內存單元中的內容memcpy出來。

最後就是「內存清空」功能了，咱們這裏沒有進行內存釋放，所謂的內存清空只是再也不容許數據被讀取。經過設置索引爲負值來實現。

void MemoryLoopMutex::clearBuffer(){
    m_index.storeRelease(-1);
}