这是一篇命题作文，源于今天在微薄上的一系列讨(好吧，也可以说是吵架)。其实方案没有太多好坏，就看你信不信这样做能好一些或坏一些。那么，整理成 blog 写出，也就是供大家开拓思路了。

    我理解的需求来源于网络服务提供程序的一个普遍场景：一个服务器程序可能会收到多个客户端的网络数据流，在每个数据流上实际上有多个独立的数据包，只有一个数据包接收完整了才能做进一步的处理。如果在一个网络连接上数据包并不完整，就需要暂时缓存住尚未接收完的数据包。

    问题是：如何管理这些缓冲区比较简洁明了，且性能高效。

    其实这个有许多解决方案，比如为每个网络连接开一个单独的固定长度的 buffer 。或是用 memory pool 等改善内存使用率以及动态内存分配释放，等等。今天在微薄上吵架也正是在于这些方案细节上，到底好与不好，性能到底如何。既然单开一篇 blog 了，我不像再谈任何有争议的细节，仅仅说说，用 Ring Buffer 如何解决这个问题。

    具体点说，我倾向于用 C 语言来做这种偏底层、业务简单的模块。为了减低工作量，可以使用一些成熟的库，比如 libev 等。

    类似的库多半提供的是一种回调机制的框架，设置好对应的 IO 异步请求的 callback 函数，然后启动框架的主循环，每个 socket (或别的句柄)可读写时，回调注册好的函数。

    把这件事情做的干净漂亮的关键点之一在于数据缓冲区的管理。

    拿到需求后，我们应该适当估算我们的程序需要解决多大的数据吞吐量。比如，我们可以假设，一个逻辑完整的数据包在 TCP 连接上，可能最长大约会经过一两秒时间，通过 1 到 10 个包发送过来。整个系统每秒会处理 100M 字节(千兆网)的数据流，那么大约在 10 秒内，处理的数据量大约就在 1G 。

    根据对实际业务的估算，这个值可能不到 1G ，128M 就够，也可能多达几个 G 。没关系。我们只是估算出，大致在这个范围内，一个独立的逻辑包一定存在于整个数据流的截段中。我指的数据流是服务程序从网卡上读到的所有数据。

    就以 1G 为例，那么这个服务程序只需要开单个这么大的 buffer 就足够了，不必再有任何的动态内存管理。

    我们把所有的数据，不论它来至哪个 TCP 连接，都以循环队列的方式，无差别的循序置入这个 buffer。放置的时候，以每次 IO 可读时可以读入的最大字节长度为限。一旦放不下，就折返到 buffer 头部。

    buffer 里大概的数据结构是这样的：

    [数据长度 连接号 下一块的位置 数据] [数据长度 连接号 下一块的位置 数据] [数据长度 连接号 下一块的位置 数据] ...

    另外，内存里开一张 hash 表，记下连接号到数据块的映射关系。如果不想用 hash 表的话，也可以在 buffer 中直接记下连接对象在内存中的地址。

    每当一个连接可读的时候，无论读到多少字节，都向这个 buffer 后面追加。并且用链表将其和历史上曾经读过的数据连起来。

    同时，可以分析一个逻辑包是否完成。如果没有完成，则继续下面的工作。完成了的话，则利用已有的链表，将分离的数据块拼合在一块连续的内存上。之后，如何处理这个逻辑包，就不在是这个层次上的工作了。

    对于处理掉的数据块，可以做一个记号表示废弃即可。我的做法是对数据长度段取反，这样 buffer 在循环使用时，可以判断出下面的内存空间是否可以安全使用。

    处理完一个逻辑包后，有可能最后一块数据被切分出去。我的做法时调整这个块，前半块标记为废弃数据块，后半块为待处理数据块。

    理论上，如果你的估算没有错且留有余量的话，每次新到来的数据包都能在 buffer 中找到储存它们的空间。因为根据估算，消费速度是要大于生产速度的。不然整个系统都跑不下去。

    但如果碰到例外怎么办? 比如有个客户端半个逻辑包发来以后，迟迟不发下半个包。最简单的做法是，碰到 ring buffer 回卷后，碰到那些未废弃的数据块(尚未处理掉)，索引到对应的连接，直接 close 掉连接，把没有处理的数据扔掉即可。因为在互联网上，连接本来就是不稳定的。你的协议原本就要处理主动断开连接的情况。无非是根据 ring buffer 的大小和当时的负载情况，设置了一个超时而已。

    有兴趣的同学，可以用这个思路实现一下几年前我提到的连接服务器 。代码量应该不大。

    另，在更高层的应用上，同样可以使用类似的策略。即循环使用一个 ring buffer 。当 buffer 回转时碰到有对象占用 buffer 拦路时，杀掉对象。对于一些对象比较复杂占用的数据段不固定，对象生命期很短的应用，ring buffer 都有参考价值。例如 3d engine 中的粒子系统。对于要个别需要长期生存的对象，还可以定期复制自己，重新压入 ring buffer 的方式来延长生命期。

    使用 ring buffer 的优势是内存使用率很高，不会造成内存碎片，几乎没有浪费(比如传统动态内存分配需要的 cookie)。业务处理的同一时间，访问的内存数据段集中。可以更好的适应不同系统，取得较高的性能。内存的物理布局简单单一，不太容易发生内存越界、悬空指针等 bug ，出了问题也容易在内存级别分析调试。做出来的系统容易保持健壮。

建议继续学习：

1. Buffer和cache的区别是什么？    (阅读：6843)
2. Linux操作系统中内存buffer和cache的区别    (阅读：5324)
3. 快速预热Innodb Buffer Pool的方法    (阅读：4004)
4. MySQL数据库InnoDB存储引擎 Buffer pool LRU List Flush策略详解    (阅读：3814)
5. MySQL数据库InnoDB存储引擎 Insert Buffer实现机制详解    (阅读：3566)
6. InnoDB之Dirty Page、Redo log    (阅读：3463)
7. grep 命令的buffer选项    (阅读：3086)
8. 小心grep 的buffer    (阅读：3042)
9. HBase如何合理设置客户端Write Buffer    (阅读：2734)
10. 浅谈数据库系统中的cache    (阅读：2468)