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#pragma once
#include "default_traits.h"
#include "details.h"
#include <atomic>
#include <cassert>
#include <cstddef>
#include <cstdint>
enum InnerQueueContext { implicit_context = 0, explicit_context = 1 };
template <typename T>
struct Block
{
Block();
template <InnerQueueContext context>
bool IsEmpty() const;
template <InnerQueueContext context>
bool SetEmpty(index_t i);
template <InnerQueueContext context>
bool SetManyEmpty(index_t i, size_t count);
template <InnerQueueContext context>
void SetAllEmpty();
template <InnerQueueContext context>
void ResetEmpty();
T* operator[](index_t index) noexcept;
T const* operator[](index_t index) const noexcept;
public:
Block* next_; // 指向下一个Block
std::atomic<size_t> elements_completely_dequeued_; // 元素完全出队的个数. [隐式生产者会用到]
// 块的位图,标志那个位置为空. [显示生产者会用到]
// 和elements的对应关系是: empty_flags从后向前 --> elements从前向后
std::atomic<bool> empty_flags_[kBlockSize <= kExplicitBlockEmptyCounterThreshold ? kBlockSize : 1];
std::atomic<std::uint32_t> free_list_refs_; //
std::atomic<Block<T>*> free_list_next_; // 指向下一个空闲的块链表
bool dynamically_allocated_; // 是否是动态分配
private:
// 存储队列中的元素, 元素类型为char,大小是 sizeof(T) * KBlockSize
alignas(alignof(T)) typename Identify<char[sizeof(T) * kBlockSize]>::type elements;
};
///////////////////////////////////// 实现
template <typename T>
Block<T>::Block()
: next_(nullptr),
elements_completely_dequeued_(0),
free_list_refs_(0),
free_list_next_(nullptr),
dynamically_allocated_(true) { }
/**
* @brief 判断块是否为空.隐式生产者使用原子变量判断,显式生产者使用位图
*
* @return true
* @return false
*/
template <typename T>
template <InnerQueueContext context>
bool Block<T>::IsEmpty() const
{
// 显式生产者
if (context == explicit_context
&& kBlockSize <= kExplicitBlockEmptyCounterThreshold)
{
for (size_t i = 0; i < kBlockSize; i++)
{
// 位图中相应位是否为false,为false表示为空
// 获取empty_flags中对应位置,empty_flags是从后向前对应着elements的
if (!empty_flags_[i].load(std::memory_order_relaxed))
return false;
}
std::atomic_thread_fence(std::memory_order_acquire);
return true;
}
// 隐式生产者
else
{
if (elements_completely_dequeued_.load(std::memory_order_relaxed)
== kBlockSize)
{
std::atomic_thread_fence(std::memory_order_acquire);
return true;
}
assert(elements_completely_dequeued_.load(std::memory_order_relaxed) <= kBlockSize);
return false;
}
}
/**
* @brief 设置块为空.对于显式生产者,将对应位设置为true.隐式生产者将原子变量减1
*
* @param i
* @return true
* @return false
*/
template <typename T>
template <InnerQueueContext context>
bool Block<T>::SetEmpty(index_t i)
{
if (context == explicit_context
&& kBlockSize <= kExplicitBlockEmptyCounterThreshold)
{
// 设置位图的相应位为true,表示该位置对应的数组位置为空
// 获取empty_flags中对应位置,empty_flags是从后向前对应着elements的
empty_flags_[kBlockSize - 1 - static_cast<size_t>(
i & static_cast<index_t>(kBlockSize - 1))].store(true, std::memory_order_release);
return false;
}
else
{
// 出队个数加+1
auto prev_val = elements_completely_dequeued_.fetch_add(1, std::memory_order_release);
assert(prev_val < kBlockSize); // 断言,判断出队个数是否大于块的大小了
return prev_val == kBlockSize - 1; // 如果为true表示块已经为空
}
}
/**
* @brief 将一些块设置为空.显式生产者
*
* @param i
* @param count
* @return true
* @return false
*/
template <typename T>
template <InnerQueueContext context>
bool Block<T>::SetManyEmpty(index_t i, size_t count)
{
// 显式生产者
if (context == explicit_context
&& kBlockSize <= kExplicitBlockEmptyCounterThreshold)
{
std::atomic_thread_fence(std::memory_order_release);
// 获取empty_flags中对应位置,empty_flags是从后向前对应着elements的
i = kBlockSize - 1 - static_cast<size_t>(
i & static_cast<index_t>(kBlockSize - 1)) - count + 1;
for (size_t j = 0; j != count; ++j)
{
assert(!empty_flags_[i + j].load(std::memory_order_relaxed));
empty_flags_[i + j].store(true, std::memory_order_relaxed);
}
return false;
}
// 隐式生产者
else
{
// 将元素出队个数减去count
auto prevVal = elements_completely_dequeued_.fetch_add(
count, std::memory_order_release);
assert(prevVal + count <= kBlockSize);
return prevVal + count == kBlockSize;
}
}
/**
* @brief 设置块都为空
*
*/
template <typename T>
template <InnerQueueContext context>
void Block<T>::SetAllEmpty()
{
// 显式生产者
if (context == explicit_context
&& kBlockSize <= kExplicitBlockEmptyCounterThreshold)
{
for (size_t i = 0; i != kBlockSize; ++i)
empty_flags_[i].store(true, std::memory_order_relaxed);
}
// 隐式生产者
else
{
// Reset counter
elements_completely_dequeued_.store(kBlockSize, std::memory_order_relaxed);
}
}
/**
* @brief 将块重置为默认值.显式生产者将位图都设置为false.隐式生产者将原子变量出队个数设置0
*
*/
template <typename T>
template <InnerQueueContext context>
void Block<T>::ResetEmpty()
{
if (context == explicit_context
&& kBlockSize <= kExplicitBlockEmptyCounterThreshold)
{
// 重置位图
for (size_t i = 0; i != kBlockSize; ++i)
empty_flags_[i].store(false, std::memory_order_relaxed);
}
else
{
// 重置计数器
elements_completely_dequeued_.store(0, std::memory_order_relaxed);
}
}
/**
* @brief 获取底层元素数组中相应位置的地址
*
* @param index
* @return T*
*/
template <typename T>
T* Block<T>::operator[](index_t index) noexcept
{
return static_cast<T*>(static_cast<void*>(elements))
+ static_cast<size_t>(index & static_cast<index_t>(kBlockSize - 1));
}
/**
* @brief 获取底层元素数组中相应位置的地址
*
* @param index
* @return T*
*/
template <typename T>
T const* Block<T>::operator[](index_t index) const noexcept
{
return static_cast<T const*>(static_cast<void const*>(elements))
+ static_cast<size_t>(index & static_cast<index_t>(kBlockSize - 1));
}