c#高效的线程安全队列ConcurrentQueue<T>(上)
ConcurrentQueue<T>队列是一个高效的线程安全的队列，是.Net Framework 4.0，System.Collections.Concurrent命名空间下的一个数据结构。
ConcurrentQueue<T>数据结构
下图是ConcurrentQueue<T>数据结构的示意图：
ConcurrentQueue<T>队列由若干Segment动态构成，每个Segment是一块连续的内存Buffer，大小固定为SEGMENT_SIZE。
ConcurrentQueue<T>私有成员变量
ConcurrentQueue<T>类有三个私有成员变量：
Segment* volatile m_head;
Segment* volatile m_tail;
Segment* volatile m_base;
m_head指向第一个segment，m_tail指向最后一个segment。这两个指针指向的对象，随着入队列和出队列操作而不断变化。
m_base指针固定指向ConcurrentQueue<T>实例化的第一个Segment，在析构ConcurrentQueue<T>对象时使用。
ConcurrentQueue<T>成员方法
void Enqueue(T item)
|
1
2
3
4
5
6
7
8
|
void Enqueue(T item){ DNetSpinWait wait; while (!m_tail->TryAppend(item, &m_tail)) { wait.SpinOnce(); }} |
|
1
|
从m_tail指向的segment中，加入item的值，直到成功加入，函数返回。 |
该函数会在分配了新的segment后，更新m_tail指针。
bool TryDequeue(T* result)
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
|
bool TryDequeue(T* result){ while (!IsEmpty()) { if (m_head->TryRemove(result, &m_head)) { return true; } } result = NULL; return false;} |
如果当前队列为空，返回false，否则返回队列的第一个元素。
bool TryPeek(T* result)
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
|
bool TryPeek(T* result){ while (!IsEmpty()) { if (m_head->TryPeek(result)) { return true; } } result = NULL; return false;} |
跟TryDequeue()方法相似。
int Count()
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
|
int Count() { Segment* segment; Segment* segment2; int num; int num2; GetHeadTailPositions(&segment, &segment2, &num, &num2); if (segment == segment2) { return ((num2 - num) + 1); } int num3 = SEGMENT_SIZE - num; num3 += SEGMENT_SIZE * (((int) (segment2->GetIndex() - segment->GetIndex())) - 1); return (num3 + (num2 + 1));} |
通过得到当前首尾的segment指针，以及首指针的m_low索引，以及尾指针的m_high索引，计算当前队列中元素的个数。
该方法用到了GetHeadTailPositions方法。
bool IsEmpty()
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
|
bool IsEmpty(){ Segment* head = m_head; if (head->IsEmpty()) { if (head->GetNext() == NULL) { return true; } DNetSpinWait wait; while (head->IsEmpty()) { if (head->GetNext() == NULL) { return true; } wait.SpinOnce(); head = m_head; } } return false;} |
判定当前队列为空有两个条件，第一，m_head指向的segment为空；第二，m_head->GetNext()也为空，即m_head和m_tail指向同一个segment。
void Reset()
|
1
2
3
4
5
|
void Reset(){ DeleteNodes(); m_base = m_head = m_tail = new Segment(0);} |
重置ConcurrentQueue<T>对象，删除已经分配了的segment，并重新更新成员变量的值。
void GetHeadTailPositions(Segment** head, Segment** tail, int* headLow, int* tailHigh)
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
|
void GetHeadTailPositions(Segment** head, Segment** tail, int* headLow, int* tailHigh){ *head = m_head; *tail = m_tail; *headLow = (*head)->GetLow(); *tailHigh = (*tail)->GetHigh(); DNetSpinWait wait; while ((((*head != m_head) || (*tail != m_tail)) || ((*headLow != (*head)->GetLow()) || (*tailHigh != (*tail)->GetHigh()))) || ((*head)->GetIndex() > (*tail)->GetIndex())) { wait.SpinOnce(); *head = m_head; *tail = m_tail; *headLow = (*head)->GetLow(); *tailHigh = (*tail)->GetHigh(); }} |
该函数就是将队列当前的m_head, m_tail指针以及m_head的m_low索引，m_tail的m_high索引取出来，放到线程栈上。并且在取出这些值后，再判断这些值是否合法。
