【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于计算机数据结构领域，具体属于一种高并发高吞吐无等待环形队列数据存储方法。
技术介绍
1、随着多核技术的发展，设计高效的并发数据结构变得非常迫切。尤其针对微系统众核应用。传统的并发方式采用互斥锁或自旋锁技术，系统开销巨大，且容易引发死锁、优先级颠倒等问题。为了解决以上问题，非阻塞数据结构得到重点关注，其中无等待提供最高的非阻塞保证，确保每个线程都能在有限步之内完成任何操作。
2、当前的无等待技术最大问题在于其设计难、开销过大，在大多数场景下随着“保证”的提高，性能不断下降来满足其冗余设计。其一归因于大多数无等待算法采用的关键机制——“帮助机制”。这种机制控制线程相互帮助完成操作的方式，通常会导致复杂的算法，并额外使用更多的原子操作，产生很高的争用，增加开销。其次，帮助机制被设计为按顺序操作，因为所有并发运行的线程都以完全相同的顺序帮助其他操作。由于高冗余，导致大量无效运行。其二归因于内存回收机制，该机制用于释放已经完成所有操作的数据存储空间，从而达到理论上的无界限存储，然而频繁的内存申请和释放会在极端情景下造成存储越界与野指针，随着写线程数目的增加，存储空间将不再足够。
3、综上所述，现有技术中应用的无等待队列，其复杂的帮助机制和内存回收机制显著影响了线程运行效率，明显增加了极端情形下出错的可能性。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种高并发高吞吐无等待环形队列数据存储方法，用于解决
技术介绍
中的问题，本专利技术以在多
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种高并发高吞吐无等待环形队列数据存储方法，包括以下步骤，
4、步骤1，对环形队列结构进行初始化；
5、步骤2，通过原子操作和位运算获取当前位置索引；
6、步骤3，判断该索引指向的存储内容是否满足读写条件，若满足转向步骤4，不满足转向步骤5；
7、步骤4，写入或读出数据；
8、步骤5，操作失败，不对索引指向的内容做任何修改，直接返回。
9、优选的，步骤1中，进行变量初始化，根据机器指令长度对齐字节，对齐后初始化读索引变量与写索引变量为零。
10、进一步的，当机器为32位机器时，则对齐方式为32；当机器为64位机器时，则对其方式为64。
11、优选的，步骤1中，对存储空间进行初始化，用户自定义环形缓冲区大小。
12、优选的，步骤2中，获取当前位置索引具体包括以下过程，通过fetch_and_add原子操作移动写索引位置，自动原子地将参数1添加到存储在原子对象中的值，并获得先前保存的值；同时由于采用环形缓冲区，获取的索引应和缓冲区大小进行取余操作，从而快速得到真正的索引位置。
13、优选的，步骤4中，写入数据具体包括以下过程，在缓冲区每个位置上设置特殊标识符⊥，其表示此处为空，可存入数据；
14、写入数据时比较该索引位置是否指向特殊标识符⊥，如果是则经由compare_and_swap原子操作尝试存储数据，若原子操作成功返回true；其余情况均视为失败，说明该位置已有其他生产者线程先一步存入数据，直接返回false。
15、优选的，步骤4中，读出数据具体包括以下过程，获取位置索引，首先通过fetch_and_add原子操作移动读索引位置，索引值原子地自动加1，并返回当前读索引的值；
16、检查此位置是否指向特殊标识符⊥，如果不是则说明此处有正常数据需要取出，需先取出数据，接着将此处重新设置为特殊标识符⊥，最后返回true；其余情况均视作执行失败，代表此处并没有数据，返回false即可。
17、优选的，步骤4中，写入或读出数据的数据类型相同。
18、优选的，步骤4中，写入数据线程为一个或多个，读出数据线程为一个。
19、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
20、本专利技术提供一种高并发高吞吐无等待环形队列数据存储方法，通过简便设计，大大提升访问共享存储区域的吞吐量，且稳定支持多线程同步运行。本专利技术完全避免帮助机制，将数据吞吐量提升50％～100％，可以稳定适配数据高速吞吐的应用场景；本专利技术采用环形队列，在运行中不需要额外申请存储空间，空间复杂度低，可应用于性能严重受限的嵌入式设备；本专利技术代码复杂度低，代码可读性高，方便用户后期维护。(研究表明程序的可能错误和高的复杂度有着很大关系，复杂度最高的模块和方法，其缺陷个数也可能最多。复杂度大说明程序代码的判断逻辑复杂，可能质量低，且难于测试和维护。)本方法克服这一缺点，特别适合微系统嵌入式领域等缺乏支撑软件环境的应用。本专利技术运行稳定，性能指标不会随着线程数激增而下降。
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1.一种高并发高吞吐无等待环形队列数据存储方法，其特征在于，包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的一种高并发高吞吐无等待环形队列数据存储方法，其特征在于，步骤1中，进行变量初始化，根据机器指令长度对齐字节，对齐后初始化读索引变量与写索引变量为零。
3.根据权利要求2所述的一种高并发高吞吐无等待环形队列数据存储方法，其特征在于，当机器为32位机器时，则对齐方式为32；当机器为64位机器时，则对其方式为64。
4.根据权利要求1所述的一种高并发高吞吐无等待环形队列数据存储方法，其特征在于，步骤1中，对存储空间进行初始化，用户自定义环形缓冲区大小。
5.根据权利要求1所述的一种高并发高吞吐无等待环形队列数据存储方法，其特征在于，步骤2中，获取当前位置索引具体包括以下过程，通过fetch_and_add原子操作移动写索引位置，自动原子地将参数1添加到存储在原子对象中的值，并获得先前保存的值；同时由于采用环形缓冲区，获取的索引应和缓冲区大小进行取余操作，从而快速得到真正的索引位置。
6.根据权利要求1所述的一种高并发高吞吐无等待
7.根据权利要求1所述的一种高并发高吞吐无等待环形队列数据存储方法，其特征在于，步骤4中，读出数据具体包括以下过程，获取位置索引，首先通过fetch_and_add原子操作移动读索引位置，索引值原子地自动加1，并返回当前读索引的值；
8.根据权利要求1所述的一种高并发高吞吐无等待环形队列数据存储方法，其特征在于，步骤4中，写入或读出数据的数据类型相同。
9.根据权利要求1所述的一种高并发高吞吐无等待环形队列数据存储方法，其特征在于，步骤4中，写入数据线程为一个或多个，读出数据线程为一个。
...【技术特征摘要】
1.一种高并发高吞吐无等待环形队列数据存储方法，其特征在于，包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的一种高并发高吞吐无等待环形队列数据存储方法，其特征在于，步骤1中，进行变量初始化，根据机器指令长度对齐字节，对齐后初始化读索引变量与写索引变量为零。
3.根据权利要求2所述的一种高并发高吞吐无等待环形队列数据存储方法，其特征在于，当机器为32位机器时，则对齐方式为32；当机器为64位机器时，则对其方式为64。
4.根据权利要求1所述的一种高并发高吞吐无等待环形队列数据存储方法，其特征在于，步骤1中，对存储空间进行初始化，用户自定义环形缓冲区大小。
5.根据权利要求1所述的一种高并发高吞吐无等待环形队列数据存储方法，其特征在于，步骤2中，获取当前位置索引具体包括以下过程，通过fetch_and_add原子操作移动写索引位置，自动原子地将参数1添加到存储在原子对象中的值，并获得...
【专利技术属性】
技术研发人员：李珂，匡乃亮，杨启迪，罗迒哉，钟升，
申请(专利权)人：西安微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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