多个写线程一个读线程的无锁队列实现

在之前的一篇博客中，写了一个在特殊情况下，也就是只有一个读线程和一个写线程的情况下，的无锁队列的实现。其中甚至都没有利用特殊的原子加减操作，只是普通的运算。这样做的原因是，即使是特殊的原子加减操作，也比普通的加减运算复杂度高很多。因此文中的实现方法可以达到很高的运行效率。

但是，有的情况下并不是只有一个读线程和一个写线程。越是一般化的实现，支持的情况越多，但是往往损失的性能也越多。作者看到过一个实现（http://www.oschina.net/code/snippet_732357_13465），可以实现一个读线程，多个写线程，或者相反，一个写线程，多个读线程。这篇文章中作者采用了原子加减的操作。所以这样的实现的运行效率会稍有点低。那么，如果情况稍特殊一点，比如，有一个线程读，两个线程写，这时可以有一个特殊的实现能够达到很高的效率吗？作者折腾了一番，找到了一个方法。

原理如下图所示。 

基本原理是，将整个buffer分成两份，两个写线程分别写入其中的一部分。这样就避免了两个写线程之间的冲突。而避免读线程和写线程之间冲突的原理，则和之前的博客中的原理相同，也就是，写线程只修改tail的值，而读线程只修改head的值。这样，就不会出现数据还没读就被覆盖，或者数据还没写就被读出的情况了。

这样的实现有一些缺点。一个是空间利用率不够高，会有浪费，因为有可能一部分写满了而另外一部分还空着；其次，是不能保证读出的顺序和写入的顺序是一致的。不过，实际上有两个线程写的时候，这点本来就不重要。没办法保证那个线程先写，哪个后写。最后，在这个实现中，是buffer的两个部分轮流读数据。这个策略可以根据两个写线程的数据速率进行调整。

但是，这个实现有一个最大的好处，就是速度快。同样没有采用原子加减操作，而只是普通的加减操作。因此实现了很高的运行速度。在符合两个写线程，一个读线程，并且对运行速度有很高要求的场合中，这个实现是一个很好的选择。

最后，附上代码。代码同样可以在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;
    }
}