本系列博客習(xí)題來自《算法(第四版)》，算是本人的讀書筆記，如果有人在讀這本書的，歡迎大家多多交流。為了方便討論，本人新建了一個(gè)微信群(算法交流)，想要加入的，請(qǐng)?zhí)砑游业奈⑿盘?hào)：zhujinhui207407 謝謝。另外，本人的個(gè)人博客 http://www.kyson.cn 也在不停的更新中，歡迎一起討論

算法(第4版)

知識(shí)點(diǎn)

• 環(huán)形緩沖區(qū)

題目

1.3.39 環(huán)形緩沖區(qū)。環(huán)形緩沖區(qū)，又稱為環(huán)形隊(duì)列，是一種定長(zhǎng)為 N 的先進(jìn)先出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它在進(jìn)程間的異步數(shù)據(jù)傳輸或記錄日志文件時(shí)十分有用。當(dāng)緩沖區(qū)為空時(shí)，消費(fèi)者會(huì)在數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)前等待；當(dāng)緩沖區(qū)滿時(shí)，生產(chǎn)者會(huì)等待數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)。為 RingBuffer 設(shè)計(jì)一份 API 并用（回環(huán)）數(shù)組將其實(shí)現(xiàn)。

1.3.39 Ring buffer. A ring buffer, or circular queue, is a FIFO data structure of a fixed size N. It is useful for transferring data between asynchronous processes or for storing log files. When the buffer is empty, the consumer waits until data is deposited; when the buffer is full, the producer waits to deposit data. Develop an API for a RingBuffer and an implementation that uses an array representation (with circular wrap-around).

分析

圓形緩沖區(qū)（circular buffer）
也稱作圓形隊(duì)列（circular queue），循環(huán)緩沖區(qū)（cyclic buffer），環(huán)形緩沖區(qū)（ring buffer），是一種用于表示一個(gè)固定尺寸、頭尾相連的緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，適合緩存數(shù)據(jù)流。

生產(chǎn)者消費(fèi)者問題
（英語：Producer-consumer problem），也稱有限緩沖問題（英語：Bounded-buffer problem），是一個(gè)多線程同步問題的經(jīng)典案例。該問題描述了共享固定大小緩沖區(qū)的兩個(gè)線程——即所謂的“生產(chǎn)者”和“消費(fèi)者”——在實(shí)際運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生的問題。生產(chǎn)者的主要作用是生成一定量的數(shù)據(jù)放到緩沖區(qū)中，然后重復(fù)此過程。與此同時(shí)，消費(fèi)者也在緩沖區(qū)消耗這些數(shù)據(jù)。該問題的關(guān)鍵就是要保證生產(chǎn)者不會(huì)在緩沖區(qū)滿時(shí)加入數(shù)據(jù)，消費(fèi)者也不會(huì)在緩沖區(qū)中空時(shí)消耗數(shù)據(jù)。 要解決該問題，就必須讓生產(chǎn)者在緩沖區(qū)滿時(shí)休眠（要么干脆就放棄數(shù)據(jù)），等到下次消費(fèi)者消耗緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)的時(shí)候，生產(chǎn)者才能被喚醒，開始往緩沖區(qū)添加數(shù)據(jù)。同樣，也可以讓消費(fèi)者在緩沖區(qū)空時(shí)進(jìn)入休眠，等到生產(chǎn)者往緩沖區(qū)添加數(shù)據(jù)之后，再喚醒消費(fèi)者。通常采用進(jìn)程間通信的方法解決該問題，常用的方法有信號(hào)燈法[1]等。如果解決方法不夠完善，則容易出現(xiàn)死鎖的情況。出現(xiàn)死鎖時(shí)，兩個(gè)線程都會(huì)陷入休眠，等待對(duì)方喚醒自己。該問題也能被推廣到多個(gè)生產(chǎn)者和消費(fèi)者的情形。

回到這道題，網(wǎng)上的解法有很多，因?yàn)檫@道題可以做的很簡(jiǎn)單，也可以做的很復(fù)雜。這篇文章Java Ring Buffer大家可以借鑒一下，現(xiàn)在我來給出幾個(gè)答案。

分析

本人所有簡(jiǎn)書的算法文章詳細(xì)分析已經(jīng)移入小專欄：算法四習(xí)題詳解，歡迎大家訂閱

答案

API

public class RingBuffer<Item> {

    public Item[] a = null;

    public int writePos = 0;
    public int readPos = 0;
    public boolean flipped = false; // the flip marker

    public RingBuffer(int cap) {
        this.a = (Item[]) new Object[cap];
    }

    public void reset() {
        this.writePos = 0;
        this.readPos = 0;
        this.flipped = false;
    }

    public int size() {
        return a.length;
    }

    public int available() {
        if (!flipped) {
            return writePos - readPos;
        }
        return size() - readPos + writePos;
    }

    public int remainingCapacity() {
        if (!flipped) {
            return size() - writePos;
        }
        return readPos - writePos;
    }

    public boolean put(Item x) {
        if (!flipped) {
            if (writePos == size()) {
                writePos = 0;
                flipped = true;

                if (writePos < readPos) {
                    a[writePos++] = x;
                    return true;
                } else {
                    return false;
                }
            } else {
                a[writePos++] = x;
                return true;
            }
        } else {
            if (writePos < readPos) {
                a[writePos++] = x;
                return true;
            } else {
                return false;
            }
        }
    }

    public Item take() {
        if (!flipped) {
            if (readPos < writePos) {
                return a[readPos++];
            } else {
                return null;
            }
        } else {
            if (readPos == size()) {
                readPos = 0;
                flipped = false;

                if (readPos < writePos) {
                    return a[readPos++];
                } else {
                    return null;
                }
            } else {
                return a[readPos++];
            }
        }
    }
}

這個(gè)方案中有個(gè)標(biāo)記為 flipped，用于標(biāo)記是否已經(jīng)被讀取過一次。

測(cè)試用例

public static void main(String[] args){
    int capacity = 10;
    RingBuffer<String> ringBuffer = new RingBuffer<String>(capacity);
    
    /*******************測(cè)試用例1*************************/
    for (int i = 0; i < capacity; i++) {
        String inputItem = i+"";
        boolean putSuccess = ringBuffer.put(inputItem);
        System.out.println(putSuccess ? "插入" + inputItem + "成功" : "插入" + inputItem + "失敗" );
    }
    
    /*******************測(cè)試用例2*************************/
    for (int i = 0; i < capacity + 1; i++) {
        
        if (i == capacity - 1) {
            String takeItem = ringBuffer.take();
            System.out.println("取出" + takeItem + "成功");
        }
        
        if (i == capacity) {
            String takeItem = ringBuffer.take();
            System.out.println("取出" + takeItem + "成功");
        }
        
        String inputItem = i+"";
        boolean putSuccess = ringBuffer.put(inputItem);
        System.out.println(putSuccess ? "插入" + inputItem + "成功" : "插入" + inputItem + "失敗" );
    }
    
}

代碼索引

RingBuffer.java

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