“雙緩沖區”是一個應用很廣的手法。該手法用得最多的地方想必是屏幕繪制相關的領域（主要是為了減少屏幕閃爍）。另外，在設備驅動和工控方面，雙緩沖也經常被使用。不過今天要聊的，并不是針對上述的某個具體領域，而是側重于并發方面的同步/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、環形緩沖是可以結合使用滴。

　　★為啥要雙緩沖區
　　記得前幾天在介紹隊列緩沖區時，提及了普通隊列緩沖區的兩個性能問題：“內存分配的開銷”和“同步/互斥的開銷”（健忘的同學，先回去看看那個帖子復習一下）。“內存分配的開銷”已經在介紹環形緩沖區的時候解決了，而今天要介紹的雙緩沖區，就是沖著同步/互斥的開銷來的。
　　為了防止有人給咱扣上“過度設計”的大帽子，又得來一個事先聲明：只有當同步或互斥的開銷非常明顯的時候，你才應該考慮雙緩沖區的使用。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吧。

　　★雙緩沖區的原理
　　前面說了一通廢話，現在開始切入正題，說說具體實現。
　　所謂“雙緩沖區”，故名思義就是要有倆緩沖區（簡稱A和B）。這倆緩沖區，總是一個用于生產者，另一個用于消費者。當倆緩沖區都操作完，再進行一次切換（先前被生產者寫入的轉為消費者讀出，先前消費者讀取的轉為生產者寫入）。由于生產者和消費者不會同時操作同一個緩沖區（不發生沖突），所以就不需要在讀寫每一個數據單元的時候都進行同步/互斥操作。順便提一下，這又一次展現了空間換時間的優化思路。
　　但是光有倆緩沖區還不夠。為了真正做到“不沖突”，還得再搞兩個互斥鎖（簡稱La和Lb），分別對應倆緩沖區。生產者或消費者如果要操作某個緩沖區，必須先擁有對應的互斥鎖。補充一句：要達到“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。

　　★雙緩沖區的幾種狀態
　　為了加深某些同學的理解，再描述一下雙緩沖區的幾種狀態。
　　◇倆緩沖區都在使用的狀態（并發讀寫）
　　大多數情況下，生產者和消費者都處于并發讀寫狀態。不妨設生產者寫入A，消費者讀取B。在這種狀態下，生產者擁有鎖La；同樣的，消費者擁有鎖Lb。由于倆緩沖區都是處于獨占狀態，因此每次讀寫緩沖區中的元素（數據單元）都不需要再進行加鎖、解鎖操作。這是節約開銷的主要來源。
　　◇單個緩沖區空閑的狀態
　　由于兩個并發實體的速度會有差異，必然會出現一個緩沖區已經操作完，而另一個尚未操作完。不妨假設生產者快于消費者。
　　在這種情況下，當生產者把A寫滿的時候，生產者要先釋放La（表示它已經不再操作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，所以生產者進入發呆（Suspend）狀態。
　　◇緩沖區的切換
　　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剛才已經被生產者釋放，所以消費者能立即擁有La并開始讀取A的數據。而由于Lb被消費者釋放，所以剛才發呆的生產者會緩過神來（Resume）并擁有Lb，然后生產者繼續往B寫入數據。
　　經過上述幾個步驟，倆緩沖區完成了對調，變為：生產者寫入B，消費者讀取A。

　　★可能的并發問題
　　本來單個緩沖區的生產者/消費者問題就已經是教科書的經典問題了，現在搞出倆緩沖區，所以就更加耗費腦細胞了。一不小心，就會搞出些并發的Bug，而且并發的Bug還很難調試和測試（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換一下順序：生產者或消費者在操作完當前的緩沖區之后，先去獲取另一個緩沖區的鎖，再來釋放當前緩沖區的鎖。那會咋樣捏？
　　一旦兩個并發實體同時處理完各自緩沖區，然后同時去獲取對方擁有的鎖，那就會出現典型的死鎖（死鎖的詳細解釋參見“這里”）場景。它倆從此陷入萬劫不復的境地。

　　★應用場景
　　介紹完并發問題，按照本系列的慣例，最后再來介紹一下雙緩沖區在某些場合的應用。
　　◇用于并發線程
　　在線程方式下，首先要考慮的是緩沖區的類型：到底用隊列方式還是環形方式。這方面的選擇依據在介紹環形緩沖區的時候已經闡述過了，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（比如JDK 1.5引入的ArrayBlockingQueue）。由于這種緩沖區會自動為每次的讀寫進行同步/互斥，所以就把雙緩沖的優勢抵消掉了。因此，大伙兒在進行緩沖區選型的時候要避開這類緩沖區。
　　◇用于并發進程
　　在進程間使用雙緩沖，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：共享內存和文件。非常湊巧，這兩個玩意兒的特點和適用范圍在環形緩沖區的帖子里面也已經介紹過了，俺又可以節省不少口水 :)

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