并发无锁队列学习之二【单生产者单消费者】

转自：http://www.cnblogs.com/Anker/p/3864230.html

1、前言
　　
　　最近工作比较忙，加班较多，每天晚上回到家10点多了。我不知道自己还能坚持多久，既然选择了就要做到最好。写博客的少了。总觉得少了点什么，需要继续学习。今天继续上个开篇写，介绍单生产者单消费者模型的队列。根据写入队列的内容是定长还是变长，分为单生产者单消费者定长队列和单生产者单消费者变长队列两种。单生产者单消费者模型的队列操作过程是不需要进行加锁的。生产者通过写索引控制入队操作，消费者通过读索引控制出队列操作。二者相互之间对索引是独享，不存在竞争关系。如下图所示：



2、单生产者单消费者定长队列
　　这种队列要求每次入队和出队的内容是定长的，即生产者写入队列和消费者读取队列的内容大小事相同的。linux内核中的kfifo就是这种队列，提供了读和写两个索引。单生产者单消费者队列数据结构定义如下所示：

typedef struct
{
uint32_t r_index; /*读指针*/
uint32_t w_index; /*写指针*/
uint32_t size;    /*缓冲区大小*/
char *buff[0];    /*缓冲区起始地址*/
}ring_buff_st;

为了方便计算位置，设置队列的大小为2的次幂。这样可以将之前的取余操作转换为位操作，即r_index = r_index % size 与 r_index = r_index & (size -1)等价。位操作非常快，充分利用了二进制的特征。

（1）队列初始状态，读写索引相等，此时队列为空。
　　


（2）写入队列
写操作即进行入队操作，入队有三种场景，
2.1 写索引大于等于读索引





2.2写索引小于读索引



2.3.写索引后不够写入一个



（3）读取队列
读队列分为三种场景
3.1写索引大于等于读索引



3.2写索引小于读索引



3.3.读索引后面不够一个



3、单生产者单消费者变长队列
　　有些时候生产者每次写入的数据长度是不确定的，导致写入队列的数据时变长的。这样为了充分利用队列，需要增加一个结束索引，保证队列末尾至少能够写入一个数据。变长队列数据结构定义如下：

typedef struct
{
uint32_t r_index; /*读指针*/
uint32_t w_index; /*写指针*/
uint32_t e_index; /*队列结束指针*/
uint32_t size;    /*缓冲区大小*/
char *buff[0];    /*缓冲区起始地址*/
}ring_buff_st;

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