处理多线程数据共享问题注意的几个要点：
1、锁竞争：尽量减少锁竞争的时间和次数。
2、内存：尽量是使用已分配内存，减少内存分配和释放的次数。尽量是用连续内存，减少共享占用的内存量。
多线程数据交换简单方案A：
定义一个list，再所有操作list的地方进行加锁和解锁。
简单模拟代码：
class CSimpleQueue
{
public:
CSimpleQueue()
{
InitializeCriticalSection(&m_crit);
}
~CSimpleQueue()
{
DeleteCriticalSection(&m_crit);
}
// 添加数据
void AddData(DATA pData)
{
EnterCriticalSection(&m_crit);
m_listDATA.push_back(pData);
LeaveCriticalSection(&m_crit);
}
// 获取数据
bool GetData(DATA data)
{
EnterCriticalSection(&m_crit);
if (m_listDATA.size() > 0)
{
data = m_listDATA.front();
m_listDATA.pop_front();
LeaveCriticalSection(&m_crit);
return true;
}
else
{
LeaveCriticalSection(&m_crit);
return false;
}
}
private:
list<DATA> m_listDATA;
CRITICAL_SECTION m_crit;
};
多线程数据交换优化方案B -- TwoQueues：
文章最后有TwoQueues的详细实现源代码。
TwoQueues的实现分析：
锁竞争：TwoQueues使用双内存块交换的方式减少锁竞争，数据写入时会进行加锁和解锁操作，但读取数据时，只是当当前读取队列的数据读取完毕时，进行两个队列交换时才进行加锁和解锁操作。可以说，数据的读取是不进行加锁的。这样，最大限度的降低了锁竞争问题。
内存：TwoQueues采用预先分配内存块的方式，初始化TwoQueues时就已经将存放数据的内存分配好了。之后数据存放于已经分配的内存块上。无需再次分配内存，不会再次进行内存分配。
TwoQueues的进一步优化，TwoQueues在存放数据时，完全可以模仿【数据长度+数据】的方式存放数据。但是这种方式会增加数据存在性检测的效率。TwoQueues则采用了一种链表的方式进行存放数据。
链表结构：
typedef struct tagDataHead
{
tagDataHead()
{
pHead = NULL;
nLen = 0;
pNext = NULL;
}
void ReSet()
{
pHead = NULL;
nLen = 0;
pNext = NULL;
}
char* pHead;
unsigned int nLen;
tagDataHead* pNext;
}DATAHEAD;
此链表存放了数据头指针和数据长度。当TwoQueues中存在数据时，可以直接通过链表节点拿数据。因为链表每次创建时也是需要进行申请内存，而内存申请是一个比较耗效率的事情，TwoQueues再此做了一个小小的处理，当链表头不存在时，会进行ReAlloc调用，一性申请MALLOC_SIZE个链表头结构。并且链表从链表上解下时并不会释放内存而是放入一个pFreeDataHead链表上，当需要申请链表头结构时，会先从pFreeDataHead链表上取链表结构。此处理减少了内存分配和释放的次数，提高了多线程数据共享的效率。
以上的各种优化处理，使TwoQueues的效率得到了极大的提升。
之前做过的内存共享的测试。A线程不停的写入数据，B线程不停的读取数据。
| debug版本 | release版本 | |
|---|---|---|
| TwoQueues | 80-100万次/秒 | 170-180万次/秒 |
| CSimpleQueues | 20万次/秒 | 5万次/秒 |
双队列的使用：
创建对象：
CTwoQueues m_cTwoQueues;
// 初始化双队列大小，因为是双队列，所以内存占用量是两份。
m_cTwoQueues.Init(0x0FFFFFFF);
写入方式：
m_cTwoQueues.PushData(sz, strlen(sz)+1);
读取方式：
const void* pData = NULL;
unsigned int nLen = 0;
if (m_cTwoQueues.PrepareData(pData, nLen))
{
// 处理数据 ...
// 确认(丢弃)此数据
m_cTwoQueues.ConfimData();
}
// 下面是TwoQueues的所有源代码 源代码下载
#pragma once
#include <assert.h>
namespace clwCore
{
#define MALLOC_SIZE 128
typedef struct tagDataHead
{
tagDataHead()
{
pHead = NULL;
nLen = 0;
pNext = NULL;
}
void ReSet()
{
pHead = NULL;
nLen = 0;
pNext = NULL;
}
char* pHead;
unsigned int nLen;
tagDataHead* pNext;
}DATAHEAD;
typedef struct tagDataMem
{
tagDataMem(unsigned int nSize)
{
if (0 == nSize)
{
assert(false);
return ;
}
nMaxSize = nSize;
pDataMem = (char*)malloc(nSize*sizeof(char));
nDataPos = 0;
if (NULL == pDataMem)
{
// CTwoQueues申请malloc内存失败。
assert(false);
}
pListDataHead = NULL;
pCurDataHead = NULL;
pFreeDataHead = NULL;
}
~tagDataMem()
{
// 释放节点
ReSet();
while(NULL != pFreeDataHead)
{
DATAHEAD* pTempDataHead = pFreeDataHead;
pFreeDataHead = pFreeDataHead->pNext;
delete pTempDataHead;
pTempDataHead = NULL;
}
free(pDataMem);
pDataMem = NULL;
nDataPos = 0;
}
bool ReAlloc()
{
for (unsigned short i=0; i<MALLOC_SIZE; ++i)
{
DATAHEAD* pTempDataHead = new DATAHEAD;
//pTempDataHead->ReSet(); //构造时已经初始化
if (NULL == pTempDataHead)
{
// 申请DATAHEAD内存失败。
assert(false);
return false;
}
pTempDataHead->pNext = pFreeDataHead;
pFreeDataHead = pTempDataHead;
}
return true;
}
DATAHEAD* GetDataHead()
{
if (NULL != pFreeDataHead)
{
DATAHEAD* pTempDataHead = pFreeDataHead;
pFreeDataHead = pFreeDataHead->pNext;
return pTempDataHead;
}
if (ReAlloc())
{
if (NULL != pFreeDataHead)
{
DATAHEAD* pTempDataHead = pFreeDataHead;
pFreeDataHead = pFreeDataHead->pNext;
return pTempDataHead;
}
}
// ASSERT("GetDataHead返回NULL。");
assert(false);
return NULL;
}
unsigned int GetFreeLen() //空闲内存长度
{
return nMaxSize-nDataPos;
}
bool PushData(void* pData, unsigned int nLen)
{
if (nDataPos+nLen >= nMaxSize)
{
return false;
}
DATAHEAD* pTempDataHead = GetDataHead();
if (NULL == pTempDataHead)
{
return false;
}
// 构造数据头结构
pTempDataHead->pHead = (pDataMem+nDataPos);
pTempDataHead->nLen = nLen;
pTempDataHead->pNext = NULL;
// 拷贝数据
memcpy(pDataMem+nDataPos, pData, nLen);
nDataPos += nLen;
if (NULL == pListDataHead)
{
pListDataHead = pTempDataHead;
pCurDataHead = pTempDataHead;
return true;
}
else
{
pCurDataHead->pNext = pTempDataHead;
pCurDataHead = pCurDataHead->pNext;
return true;
}
}
bool IsEmpty() //判断是否有数据
{
return (NULL==pListDataHead)?true:false;
}
bool PrepareData(const void*& pData, unsigned int& nLen) //准备一条数据
{
if (NULL != pListDataHead)
{
pData = pListDataHead->pHead;
nLen = pListDataHead->nLen;
return true;
}
else
{
return false;
}
}
void ConfimData() //删除一条数据
{
if (NULL == pListDataHead)
{
return ;
}
DATAHEAD* pTempDataHead = pListDataHead;
pListDataHead = pListDataHead->pNext;
pTempDataHead->ReSet();
pTempDataHead->pNext = pFreeDataHead;
pFreeDataHead = pTempDataHead;
}
void ReSet() //重置内存存储对象
{
while(NULL != pListDataHead)
{
DATAHEAD* pTempDataHead = pListDataHead;
pListDataHead = pListDataHead->pNext;
pTempDataHead->ReSet();
pTempDataHead->pNext = pFreeDataHead;
pFreeDataHead = pTempDataHead;
}
nDataPos = 0;
pCurDataHead = NULL;
}
char* pDataMem; //数据内存区域
unsigned int nDataPos; //数据存储位置
unsigned int nMaxSize; //最大存储区域大小
DATAHEAD* pListDataHead;
DATAHEAD* pCurDataHead;
DATAHEAD* pFreeDataHead; //空闲头结构队列
}DATAMEM;
class CTwoQueues
{
public:
CTwoQueues(void)
{
InitializeCriticalSection(&m_crit);
m_pDataMemPush = NULL;
m_pDataMemPop = NULL;
}
~CTwoQueues(void)
{
if (NULL != m_pDataMemPush)
{
delete m_pDataMemPush;
m_pDataMemPush = NULL;
}
if (NULL != m_pDataMemPop)
{
delete m_pDataMemPop;
m_pDataMemPop = NULL;
}
DeleteCriticalSection(&m_crit);
}
public:
void Init(unsigned int nSize)
{
if (0 == nSize)
{
// 初始化CTwoQueues对象失败。
assert(false);
return ;
}
m_pDataMemPush = new DATAMEM(nSize);
m_pDataMemPop = new DATAMEM(nSize);
}
bool PushData(void* pData, unsigned int nLen)
{
//unsigned int nFreeLen = m_pDataMemPush->GetFreeLen();
bool bResult = false;
EnterCriticalSection(&m_crit);
bResult = m_pDataMemPush->PushData(pData, nLen);
LeaveCriticalSection(&m_crit);
return bResult;
}
bool PrepareData(const void*& pData, unsigned int& nLen)
{
bool bCanRead = true;
if (m_pDataMemPop->IsEmpty())
{
// 队列没有数据了
EnterCriticalSection(&m_crit);
if (m_pDataMemPush->IsEmpty())
{
// Push队列为空
LeaveCriticalSection(&m_crit);
bCanRead = false;
}
else
{
m_pDataMemPop->ReSet(); //充值读取队列
DATAMEM* pTempDataMem = m_pDataMemPush;
m_pDataMemPush = m_pDataMemPop;
m_pDataMemPop = pTempDataMem;
LeaveCriticalSection(&m_crit);
bCanRead = true;
}
}
if (bCanRead)
{
return m_pDataMemPop->PrepareData(pData, nLen);
}
else
{
return false;
}
}
void ConfimData()
{
m_pDataMemPop->ConfimData();
}
private:
DATAMEM* m_pDataMemPush;
DATAMEM* m_pDataMemPop;
CRITICAL_SECTION m_crit;
};
}