1.環形佇列是什麼 

佇列是一種常用的資料結構，這種結構保證了資料是按照“先進先出”的原則進行操作的，即最先進去的元素也是最先出來的元素.環形佇列是一種特殊的佇列結構，保證了元素也是先進先出的，但與一般佇列的區別是，他們是環形的，即佇列頭部的上個元素是佇列尾部，通常是容納元素數固定的一個閉環。

2.環形佇列的優點

　　1.保證元素是先進先出的

是由佇列的性質保證的，在環形佇列中通過對佇列的順序訪問保證。

　　2.元素空間可以重複利用

因為一般的環形佇列都是一個元素數固定的一個閉環，可以在環形佇列初始化的時候分配好確定的記憶體空間，當進隊或出隊時只需要返回指定元素記憶體空間的地址即可，這些記憶體空間可以重複利用，避免頻繁記憶體分配和釋放的開銷。

　　3.為多執行緒資料通訊提供了一種高效的機制。

在最典型的生產者消費者模型中，如果引入環形佇列，那麼生成者只需要生成“東西”然後放到環形佇列中即可，而消費者只需要從環形佇列裡取“東西”並且消費即可，沒有任何鎖或者等待，巧妙的高效實現了多執行緒資料通訊。

3.環形佇列的工作場景

一般應用於需要高效且頻繁進行多執行緒通訊傳遞資料的場景，例如：linux捕包、發包等等，（linux系統中對PACKET_RX_RING和PACKET_TX_RING的支援實質就是核心實現的一種環形佇列）

實際環形佇列在工作時有3種情況：

　　3.1 入隊速度=出隊速度

這是環形佇列的常態，即入隊速度和出隊速度大致一樣，即使某個突然時刻入隊速度陡然變高或者出隊速度陡然變低，都能通過佇列這個緩衝區把這些資料先存起來，等到能處理的時候再處理。

　　3.2 入隊速度>出隊速度

在這種情況下，佇列“寫入”的速度>“讀取”的速度，想象當這種狀態持續一段時間之後，佇列中大多數全是寫入但沒讀取的元素，當又一個新的元素產生時，可以把這個新元素drop掉或者放在另一個緩衝區儲存起來，這種情況的出現不是個好事情，說明你需要對出隊處理元素的演算法或邏輯優化處理速度了。

　　3.3 入隊速度<出隊速度

           在這種情況下，佇列“讀取”速度>“寫入”速度，這種情況說明程式出隊處理元素的速度很快，這是比較好的情況，唯一不足的是讀取佇列的時候可能經常會輪詢佇列是否有新的元素，造成cpu佔用過高。

4.無鎖環形佇列的實現

　　4.1環形佇列的儲存結構

連結串列和線性表都是可以的，但幾乎都用線性表實現，比連結串列快很多，原因也是顯而易見的，因為訪問連結串列需要挨個遍歷。

　　4.2讀寫index

有2個index很重要，一個是寫入index，標示了當前可以寫入元素的index，入隊時使用。一個是讀取index，標示了當前可以讀取元素的index，出隊時使用。

      4.3元素狀態切換

有種很巧妙的方法，就是在佇列中每個元素的頭部加一個元素標示欄位，標示這個元素是可讀還是可寫，而這個的關鍵就在於何時設定元素的可讀可寫狀態，參照linux核心實現原理，當這個元素讀取完之後，要設定可寫狀態，當這個元素寫入完成之後，要設定可讀狀態。

5.實際測試效果

         在CentOS 5.5 (cpu每核主頻1200MHz)裝置上簡單測試了一下。環形佇列大小為10000，元素資料大小為4位元組，每秒可以寫入並讀取的元素是250萬左右，即250pps.