“雙緩沖區(qū)”是一個應(yīng)用很廣的手法。該手法用得最多的地方想必是屏幕繪制相關(guān)的領(lǐng)域（主要是為了減少屏幕閃爍）。另外，在設(shè)備驅(qū)動和工控方面，雙緩沖也經(jīng)常被使用。不過今天要聊的，并不是針對上述的某個具體領(lǐng)域，而是側(cè)重于并發(fā)方面的同步/互斥開銷。另外提醒一下，雙緩沖方式和前面提到的隊列緩沖、環(huán)形緩沖是可以結(jié)合使用滴。

　　★為啥要雙緩沖區(qū)
　　記得前幾天在介紹隊列緩沖區(qū)時，提及了普通隊列緩沖區(qū)的兩個性能問題：“內(nèi)存分配的開銷”和“同步/互斥的開銷”（健忘的同學(xué)，先回去看看那個帖子復(fù)習(xí)一下）。“內(nèi)存分配的開銷”已經(jīng)在介紹環(huán)形緩沖區(qū)的時候解決了，而今天要介紹的雙緩沖區(qū)，就是沖著同步/互斥的開銷來的。
　　為了防止有人給咱扣上“過度設(shè)計”的大帽子，又得來一個事先聲明：只有當(dāng)同步或互斥的開銷非常明顯的時候，你才應(yīng)該考慮雙緩沖區(qū)的使用。否則的話，大伙兒還是老老實實用最基本、最簡單的隊列緩沖區(qū)吧。

　　★雙緩沖區(qū)的原理
　　前面說了一通廢話，現(xiàn)在開始切入正題，說說具體實現(xiàn)。
　　所謂“雙緩沖區(qū)”，故名思義就是要有倆緩沖區(qū)（簡稱A和B）。這倆緩沖區(qū)，總是一個用于生產(chǎn)者，另一個用于消費者。當(dāng)倆緩沖區(qū)都操作完，再進(jìn)行一次切換（先前被生產(chǎn)者寫入的轉(zhuǎn)為消費者讀出，先前消費者讀取的轉(zhuǎn)為生產(chǎn)者寫入）。由于生產(chǎn)者和消費者不會同時操作同一個緩沖區(qū)（不發(fā)生沖突），所以就不需要在讀寫每一個數(shù)據(jù)單元的時候都進(jìn)行同步/互斥操作。順便提一下，這又一次展現(xiàn)了空間換時間的優(yōu)化思路。
　　但是光有倆緩沖區(qū)還不夠。為了真正做到“不沖突”，還得再搞兩個互斥鎖（簡稱La和Lb），分別對應(yīng)倆緩沖區(qū)。生產(chǎn)者或消費者如果要操作某個緩沖區(qū)，必須先擁有對應(yīng)的互斥鎖。補(bǔ)充一句：要達(dá)到“不沖突”的效果，其實可以有多種搞法，今天只是挑一個簡單的來聊。

　　★雙緩沖區(qū)的幾種狀態(tài)
　　為了加深某些同學(xué)的理解，再描述一下雙緩沖區(qū)的幾種狀態(tài)。
　　◇倆緩沖區(qū)都在使用的狀態(tài)（并發(fā)讀寫）
　　大多數(shù)情況下，生產(chǎn)者和消費者都處于并發(fā)讀寫狀態(tài)。不妨設(shè)生產(chǎn)者寫入A，消費者讀取B。在這種狀態(tài)下，生產(chǎn)者擁有鎖La；同樣的，消費者擁有鎖Lb。由于倆緩沖區(qū)都是處于獨占狀態(tài)，因此每次讀寫緩沖區(qū)中的元素（數(shù)據(jù)單元）都不需要再進(jìn)行加鎖、解鎖操作。這是節(jié)約開銷的主要來源。
　　◇單個緩沖區(qū)空閑的狀態(tài)
　　由于兩個并發(fā)實體的速度會有差異，必然會出現(xiàn)一個緩沖區(qū)已經(jīng)操作完，而另一個尚未操作完。不妨假設(shè)生產(chǎn)者快于消費者。
　　在這種情況下，當(dāng)生產(chǎn)者把A寫滿的時候，生產(chǎn)者要先釋放La（表示它已經(jīng)不再操作A），然后嘗試獲取Lb。由于B還沒有被讀空，Lb還被消費者持有，所以生產(chǎn)者進(jìn)入發(fā)呆（Suspend）狀態(tài)。
　　◇緩沖區(qū)的切換
　　接著上面的話題。
　　過了若干時間，消費者終于把B讀完。這時候，消費者也要先釋放Lb，然后嘗試獲取La。由于La剛才已經(jīng)被生產(chǎn)者釋放，所以消費者能立即擁有La并開始讀取A的數(shù)據(jù)。而由于Lb被消費者釋放，所以剛才發(fā)呆的生產(chǎn)者會緩過神來（Resume）并擁有Lb，然后生產(chǎn)者繼續(xù)往B寫入數(shù)據(jù)。
　　經(jīng)過上述幾個步驟，倆緩沖區(qū)完成了對調(diào)，變?yōu)椋荷a(chǎn)者寫入B，消費者讀取A。

　　★可能的并發(fā)問題
　　本來單個緩沖區(qū)的生產(chǎn)者/消費者問題就已經(jīng)是教科書的經(jīng)典問題了，現(xiàn)在搞出倆緩沖區(qū)，所以就更加耗費腦細(xì)胞了。一不小心，就會搞出些并發(fā)的Bug，而且并發(fā)的Bug還很難調(diào)試和測試（這也就是為啥不要輕易使用該玩意兒的原因）。
　　◇死鎖的問題
　　假如把前面介紹的操作步驟調(diào)換一下順序：生產(chǎn)者或消費者在操作完當(dāng)前的緩沖區(qū)之后，先去獲取另一個緩沖區(qū)的鎖，再來釋放當(dāng)前緩沖區(qū)的鎖。那會咋樣捏？
　　一旦兩個并發(fā)實體同時處理完各自緩沖區(qū)，然后同時去獲取對方擁有的鎖，那就會出現(xiàn)典型的死鎖（死鎖的詳細(xì)解釋參見“這里”）場景。它倆從此陷入萬劫不復(fù)的境地。

　　★應(yīng)用場景
　　介紹完并發(fā)問題，按照本系列的慣例，最后再來介紹一下雙緩沖區(qū)在某些場合的應(yīng)用。
　　◇用于并發(fā)線程
　　在線程方式下，首先要考慮的是緩沖區(qū)的類型：到底用隊列方式還是環(huán)形方式。這方面的選擇依據(jù)在介紹環(huán)形緩沖區(qū)的時候已經(jīng)闡述過了，此處不再啰嗦（省去不少口水）。
　　另一個需要注意的是，某些編程語言或者程序庫提供了的線程安全的緩沖區(qū)（比如JDK 1.5引入的ArrayBlockingQueue）。由于這種緩沖區(qū)會自動為每次的讀寫進(jìn)行同步/互斥，所以就把雙緩沖的優(yōu)勢抵消掉了。因此，大伙兒在進(jìn)行緩沖區(qū)選型的時候要避開這類緩沖區(qū)。
　　◇用于并發(fā)進(jìn)程
　　在進(jìn)程間使用雙緩沖，先得考察不同IPC類型的特點。由于今天討論雙緩沖的目的是降低同步/互斥的開銷，對于那些已經(jīng)封裝了同步/互斥的IPC類型，就沒太大必要再去搞雙緩沖了（單憑這條就足以讓好多種IPC出局）。剩下的IPC類型中，比較適合用雙緩沖的主要是：共享內(nèi)存和文件。非常湊巧，這兩個玩意兒的特點和適用范圍在環(huán)形緩沖區(qū)的帖子里面也已經(jīng)介紹過了，俺又可以節(jié)省不少口水 :)

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