并发无锁队列学习（单生产者单消费者模型）

Posted 2020-10-02 yutingliuyl

1、引言
本文介绍单生产者单消费者模型的队列。依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须要进行加锁的。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。

例如以下图所看到的：

2、单生产者单消费者定长队列

　　这样的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同样的。

linux内核中的kfifo就是这样的队列，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例如以下所看到的：
　　

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。位操作很快，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。须要添加一个结束索引，保证队列末尾至少可以写入一个数据。变长队列数据结构定义例如以下：
　　具体见我博客关于边长数组介绍

http://blog.csdn.net/xy010902100449/article/details/46522533
　

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;