【数据结构】C++语言无锁环形队列的实现

无锁环形队列

1.Ring_Queue在payload前加入一个头，来表示当前节点的状态
2.当前节点的状态包括可以读、可以写、正在读、正在写
3.当读完成后将节点状态改为可以写，当写完成后将节点状态改为可以读
4.Ring_Queue使用时参照生产者消费者模型，生产者生产（写）一个可用节点，消费者获得（读）队列头节点

Github地址： https://github.com/HITFishily/CandCPP

/**************************************************************************************************

* File Name : ring_queue_nolock.h

* Created : 20 / 02 / 10

* Author : GYT

* Description : 无锁环形队列

* 1.Ring_Queue在payload前加入一个头，来表示当前节点的状态

* 2.当前节点的状态包括可以读、可以写、正在读、正在写

* 3.当读完成后将节点状态改为可以写，当写完成后将节点状态改为可以读

* 4.Ring_Queue使用时参照生产者消费者模型，生产者生产（写）一个可用节点，消费者获得（读）队列头节点

**************************************************************************************************/

#include <assert.h>

#include <string.h>

#include <sys/types.h>        

typedef unsigned char u_char;

#define CAN_WRITE 0x00

#define CAN_READ  0x01

#define READING   0x02

#define WRITING   0x03

typedef struct tag

{

	u_char tag_value;

}TAG;

class Ring_Queue

{

public:

	/**************************************************************************************************

	* Function Name : Ring_Queue

	* Description : 构造函数

	* Date : 20 / 02 / 10

	* Parameter : int nmemb：队列大小 int size：Payload长度

	* Return Code : none

	* Author : GYT

	**************************************************************************************************/

	Ring_Queue(int nmemb, int size):m_inmemb(nmemb), m_isize(size)

		, m_iread_now(0), m_iwrite_now(0)

	{

		if (nmemb <= 0 || size <= 0)

		{

			assert(0);

		}

		m_queue_p = NULL;

		m_queue_p = new u_char[nmemb * (sizeof(TAG)+size)];

		memset(m_queue_p, 0, nmemb * (sizeof(TAG)+size));

	}

	/**************************************************************************************************

	* Function Name : Ring_Queue

	* Description : 析构函数

	* Date : 20 / 02 / 10

	* Parameter : none

	* Return Code : none

	* Author : GYT

	**************************************************************************************************/

	~Ring_Queue()

	{

		if (m_queue_p) delete[]m_queue_p;

	}

	/**************************************************************************************************

	* Function Name : Read

	* Description : 读取函数

	* Date : 20 / 02 / 10

	* Parameter : none

	* Return Code : 指向payload的指针

	* Author : GYT

	**************************************************************************************************/

	u_char * Read();

	/**************************************************************************************************

	* Function Name : Read_Over

	* Description : 读取之后的操作，将节点状态跟更新为‘可以写’，并将可读节点指向下一个位置

	* Date : 20 / 02 / 10

	* Parameter : none

	* Return Code : none

	* Author : GYT

	**************************************************************************************************/

	void Read_Over();

	/**************************************************************************************************

	* Function Name : Write

	* Description : 写入函数

	* Date : 20 / 02 / 10

	* Parameter : none

	* Return Code : 此时返回一个安全的、可以用来写数据的指针，具体的写入操作由生产者执行

	* Author : GYT

	**************************************************************************************************/

	u_char * Write();

	/**************************************************************************************************

	* Function Name : Write_Over

	* Description : 写入之后的操作，将节点状态跟更新为‘可以读’，并将可写节点指向下一个位置

	* Date : 20 / 02 / 10

	* Parameter : none

	* Return Code : none

	* Author : GYT

	**************************************************************************************************/

	void Write_Over();

private:

	/**************************************************************************************************

	* Function Name : queue_peek_nth

	* Description : 因为整个队列是u_char数组，需要根据字节数偏移至指定位置

	* Date : 20 / 02 / 10

	* Parameter : u_char *queue_p：队列 int pos：需要偏移的位置

	* Return Code : none

	* Author : GYT

	**************************************************************************************************/

	u_char *queue_peek_nth(u_char *queue_p, int pos);

	u_char*		 m_queue_p;			//队列指针

	int			 m_inmemb;			//队列大小

	int			 m_isize;			//队列中存放数据的长度

	volatile int m_iread_now;		//当前可读节点

	volatile int m_iwrite_now;		//当前可写节点

};

#include "ring_queue_nolock.h"

u_char * Ring_Queue::Read()

{

	u_char * g_p = 0;

	TAG * tag_p = 0;

	u_char *user_data = 0;

	g_p = queue_peek_nth(m_queue_p, m_iread_now);

	tag_p = (TAG *)g_p;

	if (tag_p->tag_value == CAN_READ)

	{

		user_data = (u_char *)g_p + sizeof(TAG);

		tag_p->tag_value = READING;

	}

	return user_data;

}

void Ring_Queue::Read_Over()

{

	u_char * g_p = 0;

	TAG * tag_p = 0;

	g_p = queue_peek_nth(m_queue_p, m_iread_now);

	tag_p = (TAG *)g_p;

	if (tag_p->tag_value == READING)

	{

		tag_p->tag_value = CAN_WRITE;

		m_iread_now = (m_iread_now + 1) % m_inmemb;

	}

}

u_char * Ring_Queue::Write()

{

	u_char * g_p = 0;

	TAG * tag_p = 0;

	u_char *user_data = 0;

	g_p = queue_peek_nth(m_queue_p, m_iwrite_now);

	tag_p = (TAG *)g_p;

	if (tag_p->tag_value == CAN_WRITE)

	{

		user_data = (u_char *)g_p + sizeof(TAG);

		tag_p->tag_value = WRITING;

	}

	return user_data;

}

void Ring_Queue::Write_Over()

{

	u_char * g_p = 0;

	TAG * tag_p = 0;

	g_p = queue_peek_nth(m_queue_p, m_iwrite_now);

	tag_p = (TAG *)g_p;

	if (tag_p->tag_value == WRITING)

	{

		tag_p->tag_value = CAN_READ;

		m_iwrite_now = (m_iwrite_now + 1) % m_inmemb;

	}

}

u_char* Ring_Queue::queue_peek_nth(u_char *queue_p, int pos)

{

	u_char *rst = 0;

	if (queue_p && pos < m_inmemb)

	{

		rst = queue_p + pos * (sizeof(TAG)+m_isize);

	}

	return rst;

}

巴特西

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