单写入者多读取者的数据存储和读取方法、装置及设备与流程

1.本公开涉及数据存储和读取领域，具体提供一种单写入者多读取者的数据存储和读取方法、装置及设备。


背景技术：

2.现代计算机大都具备多个核心，为计算机开发的软件为了有效利用多个核心会使用多线程模式开发软件，共享内存可以满足线程间交换数据需求。
3.然而，共享内存的方案有数据竞争的问题，提高这种方案的效率关键在于如何解决数据竞争。常见解决数据竞争的方法是加锁，但加锁的操作会占用部分性能开销。


技术实现要素：

4.本公开提供了一种单写入者多读取者的数据存储和读取方法、装置及设备。
5.根据本公开的第一方面，提供了一种单写入者多读取者的数据存储和读取方法。该方法包括：
6.读取线程获取数组中读取位置原子变量的值以及读取位置变量的值；
7.设置读标志变量，所述读标志变量的值为读取位置原子变量的值；
8.将所述读取位置原子变量的值增加预设的待读取数据的大小；
9.若读标志变量的值与所述数组中数据读取位置变量的值相同，则基于所述数据读取位置变量所指的位置，从所述数组读取所述待读取数据；
10.若读标志变量的值与所述数组中数据读取位置变量的值不相同，则有其他读取者线程正在读取，不从所述数组读取所述待读取数据，并将数值增加后的读取原子位置变量的值减去预设的待读取数据的大小。
11.在第一方面的一些实现方式中，基于所述数据读取位置变量所指的位置，从所述数组读取预设的待读取数据，包括：
12.获取所述数组中写入位置变量的值；
13.根据所述读取位置变量的值和所述写入位置变量的值确定所述数组的剩余读取空间；
14.若所述剩余读取空间大于或等于所述待读取数据所占的空间，则基于所述数据读取位置变量所指的位置，从所述数组读取所述待读取数据。
15.在第一方面的一些实现方式中，根据所述读取位置变量的值和所述写入位置变量的值确定所述数组的剩余读取空间，包括：
16.若所述写入位置变量的值小于所述读取位置变量的值，则所述剩余读取空间为所述数组的容量值与所述写入位置变量的值之和减去所述读取位置变量的值；
17.若所述写入位置变量的值大于等于所述读取位置变量的值，则所述剩余读取空间为写入位置变量的值减去所述读取位置变量的值。
18.在第一方面的一些实现方式中，在所述剩余读取空间小于所述待读取数据所占的
空间的情况下，不读取所述待读取数据。
19.在第一方面的一些实现方式中，基于所述数据读取位置变量所指的位置，从所述数组读取预设的待读取数据，还包括：
20.当所述数组读至尾部元素位置，且所述待读取数据未完全读取所述数组时，将所述待读取数据中未读取所述数组的部分从所述数组的头部元素位置进行读取，直到读取待读取数据大小的数据。
21.在第一方面的一些实现方式中，若读取位置变量的值加上待读取数据的大小大于数组大小，则将数值增加后的读取原子位置变量的值减去数组大小。
22.在第一方面的一些实现方式中，还包括写入线程，包括：
23.根据所述读取位置变量的值和所述写入位置变量的值确定可写入数据的大小；
24.若所述可写入数据的大于期望写入数据的大小，则基于所述写入位置变量所指的位置，写入所述数组存储的数据，并更新所述写入位置变量的值，其中，所述期望写入数据的大小为所述待读取数据的大小减去所述剩余读取空间的大小。
25.在第一方面的一些实现方式中，根据所述读取位置变量的值和所述写入位置变量的值确定可写入数据的大小，包括：
26.若所述写入位置变量的值小于所述读取位置变量的值，则根据所述读取位置变量的值减去所述写入位置变量的值的差值再减一，确定可写入数据的大小；
27.若所述写入位置变量的值大于所述读取位置变量的值，则所述可写入数据的大小为所述数组的容量值与所述读取位置变量的值之和减去所述写入位置变量的值再减一。
28.根据本公开的第二方面，提供了一种单写入者多读取者的数据存储和读取装置，该装置包括：
29.获取模块，用于使读取线程获取数组中读取位置原子变量的值以及读取位置变量的值；
30.赋值模块，用于设置读标志变量，所述读标志变量的值为读取位置原子变量的值；
31.读取位置原子变量调整模块，用于将所述读取位置原子变量的值增加预设的待读取数据的大小；
32.处理模块，用于若读标志变量的值与所述数组中数据读取位置变量的值相同，则基于所述数据读取位置变量所指的位置，从所述数组读取所述待读取数据；若读标志变量的值与所述数组中数据读取位置变量的值不相同，则有其他读取者线程正在读取，不从所述数组读取所述待读取数据，并将数值增加后的读取原子位置变量的值减去预设的待读取数据的大小。。
33.根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备。该电子设备包括：存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如以上所述的方法。
34.本公开根据读标志变量的值与数据读取位置变量的值确定是否有其它进程正在读取数据，来实现不加锁的情况下解决共享内存的方案中多个读取进程之间的数据竞争问题，进而节约了计算资源，提高资源利用率。
35.应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
36.结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：
37.图1示出了根据本公开的实施例的单写入者多读取者的数据存储和读取方法的流程图；
38.图2示出了根据本公开的实施例的读取进程示意图；
39.图3示出了根据本公开的实施例的写入进程示意图；
40.图4示出了根据本公开的实施例的单写入者多读取者的数据存储和读取装置的框图；
41.图5示出了用来实现本公开实施例的单写入者多读取者的数据存储和读取方法的电子设备的框图。
具体实施方式
42.为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。
43.本公开中，根据读标志变量的值与数据读取位置变量的值确定是否有其它进程正在读取数据，从而解决单写入者多读取者中多线程读取存在的数据竞争问题。
44.图1示出了根据本公开的实施例的单写入者多读取者的数据存储和读取方法的流程图。
45.需要说明的是，在执行图1所示的方法之前，需要先对用到的数据以及变量进行初始，具体可以定义数组为a，大小为n 1，可以定义读取位置变量为r，值为0，可以定义写入位置变量为w，值为0，可以定义读取位置原子变量为ar，值为0，可以定义读标志变量为t。
46.之后，基于定义的数组和变量，以读取i字节的数据为例，执行图1中的方法。
47.如图1所示，所述单写入者多读取者的数据存储和读取方法包括：
48.s101:读取线程获取数组中读取位置原子变量的值以及读取位置变量的值；
49.s102:设置读标志变量，所述读标志变量的值为读取位置原子变量的值；
50.s103:将所述读取位置原子变量的值增加预设的待读取数据的大小；
51.s104:若读标志变量的值与所述数组中数据读取位置变量的值相同，则基于所述数据读取位置变量所指的位置，从所述数组读取所述待读取数据；
52.s105:若读标志变量的值与所述数组中数据读取位置变量的值不相同，则有其他读取者线程正在读取，不从所述数组读取所述待读取数据，并将数值增加后的读取原子位置变量的值减去预设的待读取数据的大小。
53.可以理解的是，步骤s104与s105根据t值与r值的比对结果选择性执行。
54.为了便于理解，以各值均为初始值为例，在此分析有其它读取者读取和没有其它读取者读取的两种情况如下：
55.当没有其它读取者正在读取时，在步骤s101中，读取位置原子变量ar的值与读取
位置变量r的值均为0；
56.在步骤s102中，设置读标志变量t的值为读取位置原子变量ar的值，即t＝0；
57.在步骤s103中，使ar＝ar i，此时可以看出，ar的值发生了变化；
58.t＝r＝0，则执行步骤s104，继续读取，即从读取位置变量r的位置开始读取。
59.当有其它读取者正在读取时，在步骤s101中，r＝0，由于在其它读取者的步骤s103中，ar值被其它读取者更改，其它读取者读取i
其它
字节的数据，因此，此时ar＝ar i
其它
＝0 i
其它
＝i
其它
；
60.在步骤s102中，t＝i
其它
；
61.在步骤s103中，使ar＝i
其它
i；
62.由于t＝i
其它
≠r，因此判断有其它读取者正在读取，因此停止读取，并使ar＝i
其它
i-i＝i
其它
，即ar复原。
63.从上述分析可以看出，只要有其它读取者从数组向外读取数据，那么读取位置原子变量的值就会发生变化，而正在读取过程中的读取位置原子变量的值还未发生变化，所以可以根据原子变量的值的变化，即比对读标志变量t的值与读取位置变量的值，判断是否有其它读取者正在读取。在没有其它读取进程进行读取的情况下，读取待读取数据，在有其它读取进程进行读取的情况下不进行读取，即，执行s104或s105，以实现在存在多读取进程的情况下，通过无锁解决数据竞争问题。
64.需要说明的是，读取位置变量r的含义为从该数据位置开始进行读取，而读取原子位置变量ar的含义为读取结束时位于该数据位置。
65.在步骤s102和s103中，改变读位置原子变量ar的值及为读标志变量t赋值的过程可以用t＝atomic_add(ar,i)-i来表示。
66.在步骤s104中，基于所述数据读取位置变量所指的位置，从所述数组读取预设的待读取数据，包括：
67.获取所述数组中写入位置变量的值；
68.根据所述读取位置变量的值和所述写入位置变量的值确定所述数组的剩余读取空间；
69.若所述剩余读取空间大于或等于所述待读取数据所占的空间，则基于所述数据读取位置变量所指的位置，从所述数组读取所述待读取数据。
70.所述剩余读取空间用rest表示。
71.根据本公开的实施例，若剩余读取空间大于或等于待读取数据所占的空间，说明剩余读取空间足够完整读取上述待读取数据，则基于数据读取位置变量所指的位置，从数组中读取待读取数据。
72.在一些实施例中，根据所述读取位置变量的值和所述写入位置变量的值确定所述数组的剩余读取空间，包括：
73.若所述写入位置变量的值小于所述读取位置变量的值，则所述剩余读取空间为所述数组的容量值与所述写入位置变量的值之和减去所述读取位置变量的值；
74.若所述写入位置变量的值大于等于所述读取位置变量的值，则所述剩余读取空间为写入位置变量的值减去所述读取位置变量的值。
75.即，若w《r，则rest＝w n 1-r，若w≥r，则rest＝w-r。
76.在一些实施例中，在所述剩余读取空间小于所述待读取数据所占的空间的情况下，不读取所述待读取数据。
77.可以理解的是，在剩余读取空间小于待读取数据所占的空间的情况下，表示待读取的i字节数据不可被完整读取，则终端设备不读取待读取数据，需等待写入者写入一些数据增加数组中的剩余读取空间以实现足够读取待读取数据，并执行atomic_sub(ar,i)，返回s101。
78.在一些实施例中，基于所述数据读取位置变量所指的位置，从所述数组读取预设的待读取数据，还包括：
79.当所述数组读至尾部元素位置，且所述待读取数据未完全读取所述数组时，将所述待读取数据中未读取所述数组的部分从所述数组的头部元素位置进行读取，直到读取待读取数据大小的数据。
80.为了使读取可以循环，该数组可以是环形数组，因此基于数据读取位置变量r所指的位置，从数组读取预设的待读取数据的过程中，可以将待读取数据从数组的读取位置变量r所指的位置按顺序读取，若读至数组尾部，则从数组头部继续读，直到读至i字节数据。
81.计算tmpr＝r i，若tmpr《n 1，则说明待读取的数据无法读至数组尾部，将r的值更新为tmpr，若tmpr≥n 1，则说明待读取的数据能够读至数组尾部，将r的值更新为tmpr-n-1，以用于在数组n 1的大小范围内表示r的值。
82.在一些实施例中，若读取位置变量的值加上待读取数据的大小大于数组大小，则将数值增加后的读取原子位置变量的值减去数组大小。
83.即当tmpr≥n 1时，执行atomic_sub(ar,n 1)，以用于在数组n 1的大小范围内表示ar变化后的值。
84.为了更加清晰的描述数据存储的过程，在一些实施例中，上述s101-s105的过程，还可以如图2的读取进程示意图所示。
85.在一些实施例中，图1所示的方法中，还可以包括数据写入的过程，图3示出了根据本公开的实施例的写入进程示意图。
86.如图3所示，所述写入线程包括：
87.根据所述读取位置变量的值和所述写入位置变量的值确定可写入数据的大小；
88.若所述可写入数据的大于期望写入数据的大小，则基于所述写入位置变量所指的位置，写入所述数组存储的数据，并更新所述写入位置变量的值，其中，所述期望写入数据的大小为所述待读取数据的大小减去所述剩余读取空间的大小。
89.根据本公开的实施例，数据写入的过程中，写入线程根据读取位置变量r的值和写入位置变量w的值确定可写入数据的大小rest。若rest≥期望写入数据的大小，则基于写入位置变量所指的位置，写入期望写入的数据，并更新写入位置变量r的值，其中，期望写入数据的大小a为待待读取数据的大小减去所述剩余读取空间的大小。若rest《期望写入数据的大小a，则不写入数据，返回开始位置。
90.在一些实施例中，根据所述读取位置变量的值和所述写入位置变量的值确定可写入数据的大小，包括：
91.若所述写入位置变量的值小于所述读取位置变量的值，则根据所述读取位置变量的值减去所述写入位置变量的值的差值再减一，确定可写入数据的大小；
92.若所述写入位置变量的值大于所述读取位置变量的值，则所述可写入数据的大小为所述数组的容量值与所述读取位置变量的值之和减去所述写入位置变量的值再减一。
93.即，若w《r，则rest＝r-w-1；若w≥r，则rest＝n-w r。
94.还需要说明的是，在一些实施例中，在写入数组的数据时，从数组的w位置开始写入，若写至数组尾部，则从数组头部继续写入。在更新写入位置变量的值的过程中，计算tmpw＝w a，若tmpw≤n，则设置更新后的写入位置变量w的值为tmpw，否则更新后的写入位置变量w的值为w＝tmpr-n-1。
95.本公开根据读标志变量的值与数据读取位置变量的值确定是否有其它进程正在读取数据，来实现不加锁的情况下解决共享内存的方案中多个读取进程之间的数据竞争问题，进而节约了计算资源，提高资源利用率。
96.需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本公开并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本公开，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本公开所必须的。
97.以上是关于方法实施例的介绍，以下通过装置实施例，对本公开所述方案进行进一步说明。
98.图4示出了根据本公开的实施例的单写入者多读取者的数据存储和读取装置的框图。如图4所示，装置400包括：
99.401:获取模块，用于使读取线程获取数组中读取位置原子变量的值以及读取位置变量的值；
100.402:赋值模块，用于设置读标志变量，所述读标志变量的值为读取位置原子变量的值；
101.403:读取位置原子变量调整模块，用于将所述读取位置原子变量的值增加预设的待读取数据的大小；
102.404:处理模块，用于若读标志变量的值与所述数组中数据读取位置变量的值相同，则基于所述数据读取位置变量所指的位置，从所述数组读取所述待读取数据；若读标志变量的值与所述数组中数据读取位置变量的值不相同，则有其他读取者线程正在读取，不从所述数组读取所述待读取数据，并将数值增加后的读取原子位置变量的值减去预设的待读取数据的大小。
103.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所述描述的模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
104.本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的获取，存储和应用等，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。
105.根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其特征在于，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述方法100。
106.图5示出了可以用来实施本公开的实施例的电子设备500的示意性框图。电子设备
旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。
107.设备500包括计算单元501，其可以根据存储在只读存储器(rom)502中的计算机程序或者从存储单元508加载到随机访问存储器(ram)503中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram 503中，还可存储设备500操作所需的各种程序和数据。计算单元501、rom 502以及ram 503通过总线504彼此相连。输入/输出(i/o)接口505也连接至总线504。
108.设备500中的多个部件连接至i/o接口505，包括：输入单元506，例如键盘、鼠标等；输出单元507，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元508，例如磁盘、光盘等；以及通信单元509，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元509允许设备500通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
109.计算单元501可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元501的一些示例包括但不限于中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、各种专用的人工智能(ai)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(dsp)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元501执行上文所描述的各个方法和处理，例如方法100。例如，在一些实施例中，方法100可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元508。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom 502和/或通信单元509而被载入和/或安装到设备500上。当计算机程序加载到ram 503并由计算单元501执行时，可以执行上文描述的方法100的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元501可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法100。
110.本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统的系统(soc)、负载可编程逻辑设备(cpld)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
111.用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
112.在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电
子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
113.为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，crt(阴极射线管)或者lcd(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
114.可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(lan)、广域网(wan)和互联网。
115.计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。
116.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
117.上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。