多個寫線程一個讀線程的無鎖隊列實現

在之前的一篇博客中，寫了一個在特殊情況下，也就是只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復雜度高很多。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。這篇文章中作者采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。那么，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沖突。而避免讀線程和寫線程之間沖突的原理，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，因為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，哪個后寫。最后，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。

最后，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

 

public class RingBuffer {
    private final static int bufferSize = 1024;
    private final static int halfBufferSize = bufferSize / 2;
    private String[] buffer = new String[bufferSize];
    private int head1 = 0;
    private int tail1 = 0;
    private int head2 = 0;
    private int tail2 = 0;
    private int nextReadBuffer = 0;
    
    private Boolean empty1() {
        return head1 == tail1;
    }
    private Boolean empty2() {
        return head2 == tail2;
    }
    private Boolean empty() {
        return empty1() && empty2();
    }
    private Boolean full1() {
        return (tail1 + 1) % halfBufferSize == head1;
    }
    private Boolean full2() {
        return (tail2 + 1) % halfBufferSize == head2;
    }
    public Boolean put1(String v) {
        if (full1()) {
            return false;
        }
        buffer[tail1] = v;
        tail1 = (tail1 + 1) % halfBufferSize;
        return true;
    }
    public Boolean put2(String v) {
        if (full2()) {
            return false;
        }
        buffer[tail2 + halfBufferSize] = v;
        tail2 = (tail2 + 1) % halfBufferSize;
        return true;
    }
    public String get() {
        if (empty()) {
            return null;
        }
        String result = null;
        if (nextReadBuffer == 0 && !empty1() || nextReadBuffer == 1 && empty2()) {
            result = buffer[head1];
            head1 = (head1 + 1) % halfBufferSize;
        } else {
            result = buffer[head2 + halfBufferSize];
            head2 = (head2 + 1) % halfBufferSize;
        }
        
        nextReadBuffer = (nextReadBuffer + 1) % 2;

        return result;
    }
}