spdlog-mpmc_bounded_q.h 无锁队列源码分析

最新推荐文章于 2025-10-15 10:33:18 发布

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#spdlog #无锁队列 #mpmc

本文分析了spdlog库中的无锁队列mpmc_bounded_q.h，探讨了构造函数、入队、出队函数的工作原理。入队函数通过原子操作确保线程安全，出队函数则处理队列为空的情况。队列大小函数提供当前队列实际长度。

spdlog–`mpmc_bounded_q.h` 无锁队列分析

spdlog中调用了mpmc_bounded_q.h无锁队列实现异步写日志。

构造函数

构造函数传入buffer最大值，并初始化了buffer数组buffer_以及buffer_mask_。

buffer_size必须是2的幂次方。
设置每个buffer[i]的值为其序号。
设置入队、出队位置为0。

    mpmc_bounded_queue(size_t buffer_size)
        :max_size_(buffer_size),
         buffer_(new cell_t [buffer_size]),
         buffer_mask_(buffer_size - 1)
    {
        //queue size must be power of two
        if(!((buffer_size >= 2) && ((buffer_size & (buffer_size - 1)) == 0)))
            throw spdlog_ex("async logger queue size must be power of two");

        for (size_t i = 0; i != buffer_size; i += 1)
            buffer_[i].sequence_.store(i, std::memory_order_relaxed);
        enqueue_pos_.store(0, std::memory_order_relaxed);
        dequeue_pos_.store(0, std::memory_order_relaxed);
    }

入队函数 `bool enqueue(T&& data)`

获取插入的位置pos = enqueue_pos_
获取pos处的buffer_, 即cell_
判断pos是否等于cell_->sequence_
若相等，尝试占领pos这个位置（enqueue_pos_.compare_exchange_weak），让enqueue_pos_加一，跳出循环
若cell_->sequence_ < pos, 队列中保存的数据已达到max_size_，不入队
若cell_->sequence_ > pos,说明cell_处已经被写入数据，更新pos,重新进入第2步

疑问

cell->sequence_.store(pos + 1, std::memory_order_release);，这里困扰我一阵，为什么要将cell的sequence设为pos+1？

个人见解

我觉得主要作用是标记pos处已经放置数据了。若其他线程获得相同的pos，当其再比较pos和sequence时将不会再相等，就不会再次在相同的pos处写入数据。另外，此处的pos+1和出队时的判断intptr_t dif = (intptr_t)seq - (intptr_t)(pos + 1);相对应。

    bool enqueue(T&& data) // 传入待插入数据的右值引用
    {
        cell_t* cell;
        size_t pos = enqueue_pos_.load(std::memory_order_relaxed); // 获取插入的位置
        for (;;)  //一直循环，直到enqueue_pos_.compare_exchange_weak返回true
        {
            cell = &buffer_[pos & buffer_mask_];  // 取出一个buffer_
            size_t seq = cell->sequence_.load(std::memory_order_acquire); // 取出buffer_自己的序号
            intptr_t dif = (intptr_t)seq - (intptr_t)pos;
            if (dif == 0) // 如果是