Tars-C++ 揭秘篇：TC_Buffer的妙用

在上篇文章Tars-C++ 揭秘篇：Tars-RPC收发包管理中，客户端收发包流程的缓存都用到了TC_Buffer结构，利用“水位”完成了内存的动态管理。本章对其进行介绍

11.1 TC_Buffer的整体结构

TC_Buffer的本质是一个字符串char* _buffer，我们使用_readPos读游标和_wirtePos写游标标明了已读数据和未读数据，使用_capacity标明整个_buffer当前大小。如下图所示：

11.1TC_Buffer结构.png

• 红色方框里是已读数据，绿色方框是未读数据，淡紫色方框是已申请但未占用的空间

11.2 TC_Buffer原理说明

还是以具体场景说明TC_Buffer的工作原理。

（1）TC_Buffer初始化时，_readPos、_writePos、_capacity都为0，_buffer为NULL

（2）通过PushData放入第一笔数据data，长度为size，TC_Buffer默认_capacity为128字节。这时分两种情况：

• 如果size < _capacity，直接创建大小为128字节的_buffer，然后将data拷贝到_buffer中，并调整写游标位置。如下图：

11.2小于128字节.png

• 如果size > _capacity，即size大于128字节，则_capacity会以2的n次方形式增长（跟vector的内存管理很像），直到_capacity > size。例如size为200，_capacity = 2的8次方= 256字节。如果size为300，_capacity = 2的9次方 = 512字节。当size = 200时候，_buffer如下图：

11.2大于128字节.png

（3） 假设第2步已经放入了size为200的数据data，现在通过PopData读取长度为size1 = 100的数据。完成后，_buffer的游标数据如下：

11.2PopData.png

（4）上面第3步后，_buffer的缓冲区还剩下256 - 200 = 56 字节的空间（淡紫色方框）。这时通过PushData放入第二笔数据data2，同样分两种情形，数据长度size2 > 56；数据长度size2 < 56

• size2 = 60，大于56。这时_capacity = 256需要再翻倍，变成512字节。同时放弃原有老_buffer，把之前未读内容（长度为_writePos - _readPos）拷贝到新的_buffer上。如下图：

11.2第二次PushData大于56.png

• size2 = 50，小于 56。会利用::memmove方法把未读内容重新拷贝到原有_buffer第一位，覆盖掉已读内容。然后加上新的data2内容。如下图：

11.2第二次PushData小于56.png

（5）第5步我们单独讨论Shrink。可能有小伙伴已经发现了，如果像上面步骤一直PushData PopData，_capacity会一直增加不会减少，即使数据都已经被读取完了。这时候Shrink就派上用场了。

• 如果_capacity小于128默认字节，不会进行内存调整。
• 如果未读数据大于整体容量和水位（_highWaterPercent）乘积，不会进行内存调整，反之会进行。
• 例如未读数据size = 150（_writePos - _readPos），整体容量_capacity = 256，_highWaterPercent为50，会进行下面的判断：150 100 > 256 50，即不进行内存调整
• 例如未读数据size = 100（_writePos - _readPos），整体容量_capacity = 256，_highWaterPercent为50，则有100 100 < 256 50，这时候进行内存调整。调整策略是：使用函数RoundUp2Power创建一个大小为128（2 2 2 2 2 2 2）的新_buffer，将未读数据拷贝到新_buffer，后续使用这个新_buffer.

11.2Shrink.png

11.3 小结

• Shrink()函数的使用时机是人为控制的，可以设置各种触发条件，如未读数据大小为0时候，或者整体容量_capacity大于某个数值时候
• 每次的PushData相当于清理了已读数据，释放出了这部分空间供新数据使用
• 当新数据很长，超过了当前的可用空间（_capacity - _writePos）时，整体容量_capacity的扩容策略是取大于当前_capacity的最小的2的n次方的值。这样的好处是预先分配了内存空间，可以减少内存的频繁申请。
• _highWaterPercent，即水位值。在Tars RPC取的默认值是50，即未读数据的长度大于整体容量一半时候，是不调整内存的，而小于整体容量一半时候，说明空间比较浪费，需要重新调整内存了。