【转】环形缓冲区

原文地址：http://blog.csdn.net/linlinlinxi007/article/details/5086806

在通信程序中，经常使用环形缓冲区作为数据结构来存放通信中发送和接收的数据。环形缓冲区是一个先进先出的循环缓冲区，可以向通信程序提供对缓冲区的互斥访问。 

1、环形缓冲区的实现原理 
环形缓冲区通常有一个读指针和一个写指针。读指针指向环形缓冲区中可读的数据，写指针指向环形缓冲区中可写的缓冲区。通过移动读指针和写指针就可以实现缓冲区的数据读取和写人。在通常情况下，环形缓冲区的读用户仅仅会影响读指针，而写用户仅仅会影响写指针。如果仅仅有一个读用户和一个写用户，那么不需要添加互斥保护机制就可以保证数据的正确性。如果有多个读写用户访问环形缓冲区，那么必须添加互斥保护机制来确保多个用户互斥访问环形缓冲区。 
图1、图2和图3是一个环形缓冲区的运行示意图。图1是环形缓冲区的初始状态，可以看到读指针和写指针都指向第一个缓冲区处；图2是向环形缓冲区中添加了一个数据后的情况，可以看到写指针已经移动到数据块2的位置，而读指针没有移动；图3是环形缓冲区进行了读取和添加后的状态，可以看到环形缓冲区中已经添加了两个数据，已经读取了一个数据。 

服务器公共组件实现----环形缓冲区 


  消息队列锁调用太频繁的问题算是解决了，另一个让人有些苦恼的大概是这太多的内存分配和释放操作了。频繁的内存分配不但增加了系统开销，更使得内存碎片不断增多，非常不利于我们的服务器长期稳定运行。也许我们可以使用内存池，比如SGI STL中附带的小内存分配器。但是对于这种按照严格的先进先出顺序处理的，块大小并不算小的，而且块大小也并不统一的内存分配情况来说，更多使用的是一种叫做环形缓冲区的方案，mangos的网络代码中也有这么一个东西，其原理也是比较简单的。 
  就好比两个人围着一张圆形的桌子在追逐，跑的人被网络IO线程所控制，当写入数据时，这个人就往前跑；追的人就是逻辑线程，会一直往前追直到追上跑的人。如果追上了怎么办？那就是没有数据可读了，先等会儿呗，等跑的人向前跑几步了再追，总不能让游戏没得玩了吧。那要是追的人跑的太慢，跑的人转了一圈过来反追上追的人了呢？那您也先歇会儿吧。要是一直这么反着追，估计您就只能换一个跑的更快的追逐者了，要不这游戏还真没法玩下去。 
  前面我们特别强调了，按照严格的先进先出顺序进行处理，这是环形缓冲区的使用必须遵守的一项要求。也就是，大家都得遵守规定，追的人不能从桌子上跨过去，跑的人当然也不允许反过来跑。至于为什么，不需要多做解释了吧。 
  环形缓冲区是一项很好的技术，不用频繁的分配内存，而且在大多数情况下，内存的反复使用也使得我们能用更少的内存块做更多的事。 
  在网络IO线程中，我们会为每一个连接都准备一个环形缓冲区，用于临时存放接收到的数据，以应付半包及粘包（即发送方发送的若干包数据到接收方接收时粘成一包）的情况。在解包及解密完成后，我们会将这个数据包复制到逻辑线程消息队列中，如果我们只使用一个队列，那这里也将会是个环形缓冲区，IO线程往里写，逻辑线程在后面读，互相追逐。可要是我们使用了前面介绍的优化方案后，可能这里便不再需要环形缓冲区了，至少我们并不再需要他们是环形的了。因为我们对同一个队列不再会出现同时读和写的情况，每个队列在写满后交给逻辑线程去读，逻辑线程读完后清空队列再交给IO线程去写，一段固定大小的缓冲区即可。没关系，这么好的技术，在别的地方一定也会用到的   

2、实例：环形缓冲区的实现

环形缓冲区是数据通信程序中使用最为广泛的数据结构之一，下面的代码，实现了一个环形缓冲区：

/*ringbuf .c*/
#include<stdio.h>
#include<ctype.h>

#define NMAX 8

int iput = 0; /* 环形缓冲区的当前放入位置 */
int iget = 0; /* 缓冲区的当前取出位置 */
int n = 0; /* 环形缓冲区中的元素总数量 */
double buffer[NMAX];

/* 环形缓冲区的地址编号计算函数，如果到达唤醒缓冲区的尾部，将绕回到头部。环形缓冲区的有效地址编号为：0到(NMAX-1)*/
int addring(int i)
{
     return (i+1) == NMAX ? 0 : i+1;
}

/* 从环形缓冲区中取一个元素 */
double get(void)
{
        int Pos;
        if (n>0)
        {
             Pos = iget;
             iget = addring(iget);
             n--;
             return buffer[Pos];
        }
        else 
        {
            printf("Buffer is empty/n");
            return 0.0;
        }       
 }

/* 向环形缓冲区中放入一个元素*/
void put(double z)
{
        if (n<NMAX)
        {
             buffer[iput]=z;
             iput = addring(iput);
             n++;
        }
        else
            printf("Buffer is full/n");
}

 

int main(void)
{
        char opera[5];
        double z;
        do 
        {
            printf("Please input p|g|e?");
            scanf("%s", &opera);
            switch(tolower(opera[0]))
            {
                   case 'p': /* put */
                       printf("Please input a float number?");
                       scanf("%lf", &z);
                       put(z);
                       break;
                    case 'g': /* get */
                        z = get();
                        printf("%8.2f from Buffer/n", z);
                        break;
                    case 'e':
                        printf("End/n");
                        break;
                    default:
                        printf("%s - Operation command error! /n", opera);
            }/* end switch */
        }while(opera[0] != 'e');
        return 0;
}