双缓冲学习

转自：https://gpp.tkchu.me/double-buffer.html，chatgpt，https://blog.51cto.com/u_15214399/4914060

1.介绍

定义缓冲类封装了缓冲：一段可改变的状态。 这个缓冲被增量地修改，但我们想要外部的代码将修改视为单一的原子操作。 为了实现这点，类保存了两个缓冲的实例：下一缓冲和当前缓冲。 以下情况都满足时，使用这个模式就很恰当：

• 我们需要维护一些被增量修改的状态。
• 在修改到一半的时候，状态可能会被外部请求。
• 我们想要防止请求状态的外部代码知道内部的工作方式。
• 我们想要读取状态，而且不想等着修改完成。

关键点：

1. 在状态被修改后，双缓冲需要一个swap步骤。 交换缓冲区的指针或者引用，速度快。 不管缓冲区有多大，交换都只需赋值一对指针。
2. 这个模式的另一个结果是增加了内存的使用。 正如其名，这个模式需要你在内存中一直保留两个状态的拷贝。 在内存受限的设备上，你可能要付出惨痛的代价。 如果你不能接受使用两份内存，你需要使用别的方法保证状态在修改时不会被请求。

双缓冲解决的核心问题是状态有可能在被修改的同时被请求。 

2.例子

应用程序向磁盘写入日志，引入双缓冲区机制，一个缓冲区存储应用程序端发送的日志，按照时间顺序依次存储；另一个缓冲区负责向低层磁盘发送写文件请求。双缓冲区的奇妙之处就在于，两个缓冲区的交换，是通过交换指针来实现的，非常的高效。

// 缓冲区1: 负责接收应用程序发来的日志
LinkedList<String> currentBuffer = new LinkedList<>();
 
// 缓冲区2: 负责将数据同步到磁盘
LinkedList<String> syncBuffer = new LinkedList<>();

// 应用程序写日志，写入第一个缓冲区
public void log(String content) {
    // 加锁保证第一个缓冲区
    synchronized(this) {
        // 将log写入内存缓冲中，这里不会直接刷入磁盘文件
        currentBuffer.add(content);
    }
 
    // 将缓冲区中的内容刷到磁盘
    logSync();
}

// 第二缓冲区，向磁盘写日志，并在写入后交换缓冲区指针
private void logSync() {
    synchronized(this) {
        // 当前在刷内存缓冲到磁盘中去
        if (isSyncRunning) {
            // 判断是否第二个缓冲区还在刷
            while (isSyncRunning) {
                try {
                    // 释放锁，即允许第一个缓冲区继续接收日志缓存, 然后等待被唤醒
                    wait(2000);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            // 此时没有人在写磁盘
        }
 
        // 交换缓冲区指针
        setReadyToSync();
 
        // 设置当前正在同步到磁盘的标志位
        isSyncRunning = true;
    }
 
    // 刷磁盘,性能最低，不能加锁
    logBuffer.flush();
 
    synchronized(this) {
        // 同步完磁盘之后，将标志位复位
        isSyncRunning = false;
        // 唤醒其他等待刷磁盘的线程
        notifyAll();
    }
}

public void setReadyToSync() {
    LinkedList<String> tmp = currentBuffer;
    currentBuffer = syncBuffer;
    syncBuffer = tmp;
}

两个缓冲区各自处理，互不干扰

两个缓冲区很好的解决了应用程序的“快速、多线程”与IO操作的“缓慢，单线程”的矛盾。应该说，引入双缓冲区是一个显而易见的方式。