说明

RingBuffer(环形缓冲区)也叫做圆形队列（circular queue），使用场景比较广泛，例如：Linux内核中网络数据包的缓存，系统日志的存储等多处使用，以及被广泛的应用于异步通信以及嵌入式设备中，提供高效的数据缓存读写操作。

特征

环形缓冲区体现了Ringbuffer是缓冲区设计的一种。
圆形队列（circular queue）体现了其数据操作满足FIFO（先进先出）原则。

优点

内存循环使用，固定大小的内存区域，不需要申请和释放内存，内存重复使用。

缺点

需要进行两次内存拷贝，第一次从外部拷贝到Ringbuffer，第二次从Ringbuffer拷贝到外部使用，对于大块数据，性能影响明显。

原理

环形缓冲区通常有一个读指针和一个写指针，发生读写操作时，读写指针跟随操作进行移动，读指针指向下一次读取数据的内存地址，写指针指向下一次写数据的内存地址。
当读写指针发生越界时，需要将读写指针重置，以便内存成环，常见有以下两种做法：

单字节，读写指针根据buffer size 取模。
多字节，读写指针根据buffer size 判断，超过size置为0。

注意：环是逻辑上的描述，在实际内存空间中是线性的。

关键问题

当读写指针移动时，可能出现三种情况：

实际线性内存空间中，读指针在前，写指针在后。
实际线性内存空间中，读写指针指向同一个位置。
实际线性内存空间中，写指针在前，读指针在后。

第二种情况，当读写指针指向同一位置时，此时空间是满还是空？实际情况下空和满都有可能，Ringbuffer还未使用或者读操作追上写操作时，读写指针指向同一位置，此时为空，Ringbuffer写操作追上读操作时，此时为满。

解决办法

保持一个存储单元为空

写数据时，Ringbuffer空闲空间等于实际空闲空间减一，以保持至少一个存储单元为空，这样就避免了出现读指针被写指针追上的情况（即：缓冲区满的情况）；读数据不做限制。
这种处理方法，如果读写指针指向同一位置，则缓冲区为空；如果写指针位于读指针的相邻后一个位置，则缓冲区为满。

使用变量计数

定义一个变量来保存数据长度，写操作时，变量加上已写数据长度，读操作时，变量减去已读数据长度，通过该变量即可获知空闲空间。

镜像逻辑地址法

在国产物联网操作系统RT-thread中使用了一种非常特殊的方式来表示队满还是空。

镜像逻辑地址法

这篇Blog可以借鉴，但是原理层面感觉没讲清楚。
解释：

镜像：在逻辑层面将初始位置的读写指针认为是处于镜像的正面，当指针发生翻转（重置为0）时认为指针进入镜像的反面，再翻转回来认为处于镜像的正面，类似于这样循环。
当读写指针处于同一镜像时，说明读写指针翻转次数是一样的（buffer size牵扯读写指针导致的），只会出现写指针在读指针前面和读写指针位置一样的情况，读写指针位置一致则说明：空间为空。
当读写指针处于不同镜像时，说明读写指针翻转次数相差一次，只会出现读指针在写指针前面和读写指针位置一样的情况，读写指针位置一致则说明：空间为满。

RT-Thread中定义的 rt_ringbuffer 结构体，如下：

struct rt_ringbuffer
{rt_uint8_t *buffer_ptr;rt_uint16_t read_mirror : 1;  //表示读指针的镜像正反rt_uint16_t read_index : 15;rt_uint16_t write_mirror : 1; //表示写指针的镜像正反rt_uint16_t write_index : 15;rt_int16_t buffer_size;
};

RingBuffer相关推荐

.net thread操作串口_听说你不知道 RT-Thread 有个 ringbuffer
在嵌入式开发中,我们经常需要用到 FIFO 数据结构来存储数据,比如任务间的通信.串口数据收发等场合.很多小伙伴不知道 RT-Thread 为我们提供了一个 ringbuffer 数据结构,代码位于: ...
线程安全的无锁RingBuffer的实现
这里的线程安全,是指一个读线程和一个写线程,读写两个线程是安全的,而不是说多个读线程和多个写线程是安全的.. 在程序设计中,我们有时会遇到这样的情况,一个线程将数据写到一个buffer中,另外一个线程 ...
ArrayBlockingQueue, LinkedBlockingQueue, ConcurrentLinkedQueue, RingBuffer
1. ArrayBlockingQueue, LinkedBlockingQueue, ConcurrentLinkedQueue ArrayBlockingQueue, LinkedBlocking ...
disruptor RingBuffer初始化与生产者事件产生
在Disruptor中,为了防止伪共享导致的性能降低,所有元素都会在前后尽量填充64个字节以保证在cpu以64字节缓存数据的时候,在缓存行中,都只会有自己所需要的数据,不会导致缓冲行的更新影响到别的c ...
disruptor 框架使用以及ringbuffer原理解析
Disruptor 概述子主题 1 从功能上来看,Disruptor 是实现了"队列"的功能,而且是一个有界队列.那么它的应用场景自然就是"生产者-消费者"模 ...
Disruptor RingBuffer 原理
Disruptor 源码 https://github.com/LMAX-Exchange/disruptor/blob/master/README.md https://github.com/LMA ...
聊聊ringbuffer
文章目录计数法实现镜像指示位实现 ringbuffer,是环形缓存区, 或叫环形队列. 不同于一般常见的队列,环形队列首尾相连,通过移动指针来控制队列中内容的读写. 这样做有什么好处呢? 最大的好 ...
二维数组8：设计题 RingBuffer的原理和实现
RingBuffer是笔者在微博遇到的一个面试题. RingBuffer的特征不需要记住,面试官会告诉你的,并且告诉你一些要求,然后根据这些要求来设计就行了. RingBuffer这种结构的使用场景 ...
Disruptor源码解析三 RingBuffer解析
目录系列索引前言主要内容 RingBuffer的要点源码解析系列索引 Disruptor源码解析一 Disruptor高性能之道 Disruptor源码解析二 Sequence相关类解析 D ...
知识巩固源码落实之3：缓冲区ringbuffer
1:背景介绍: 在日常业务开发中,使用缓冲区进行临时存储的业务场景也比较多,如tcp每个连接底层都维持一个发送缓冲区和接收缓冲区. 实现一个ringbuffer,做代码备用.(可以考虑如何对ringb ...

RingBuffer

说明

特征

优点

缺点

原理

关键问题

解决办法

镜像逻辑地址法

RingBuffer相关推荐

最新文章

热门文章