介绍
在本文中，我们将用Go实现环形缓冲区（Ring Buffer）
Ring Buffer
环形缓冲区（或循环缓冲区）是一种有界循环数据结构，用于在两个或多个线程之间缓冲数据。当我们继续写入环形缓冲区时，它会在到达末尾时回绕。
原理
环形缓冲区是使用在边界处环绕的固定大小数组实现的。
除了数组之外，它还保留了三个关键变量位置：
- 缓冲区中用于插入元素的下一个可用插槽，
- 缓冲区中的下一个未读元素，
- 数组的结尾，即缓冲区环绕到数组开头的点
环形缓冲区如何处理这些要求的机制因实现而异。我们需要知道的第一件事是容量，缓冲区的固定最大大小。接下来，我们将使用两个单调递增的序列：
- 写入序列：从-1开始，在我们插入元素时递增1
- 读取序列：从0开始，随着我们消耗一个元素递增1我们可以使用取模操作将序列映射到数组中的索引：
arrayIndex = sequence % capacity
取模操作在边界周围将序列连接起来，序列中每个值都对应环形缓冲区中的一个槽：
让我们看看我们如何插入一个元素：
buffer[++writeSequence % capacity] = element
我们在插入元素之前预先增加了序列。为了消费一个元素，我们做一个后增量：
element = buffer[readSequence++ % capacity]
在这种情况下，我们对序列执行后增量。使用一个元素并不会将其从缓冲区中删除，它只是保留在数组中直到被覆盖。
缓冲区空与溢出
当我们循环数组时，我们将开始覆盖缓冲区中的数据。如果缓冲区已满，我们可以选择覆盖最旧的数据，无论读取序列是否已使用它或阻止覆盖尚未读取的数据。
如果中间值或旧值（例如，商品价格）可以被覆盖，我们可以覆盖数据而无需等待数据被使用。另一方面，如果必须消耗序列中所有值（例如电子商务交易），我们应该等待（阻塞/忙碌等待），直到缓冲区有可用的插槽。
如果缓冲区的大小等于其容量，则缓冲区已满，其中其大小等于未读元素的数量：
size = (writeSequence - readSequence) + 1
isFull = (size == capacity)
如果写序列落后于读序列，则缓冲区为空：
isEmpty = writeSequence < readSequence
如果缓冲区为空，则缓冲区返回空值。
优点与缺点
环形缓冲区是一种高效的FIFO缓冲区。它使用可以预先分配的固定大小的数组，并允许高效的内存访问模式。所有缓冲区操作都是常数时间O(1)，包括消耗一个元素，因为它不需要移动元素。
另一方面，确定环形缓冲区的正确大小至关重要。例如，如果缓冲区过小并且读取速度很慢，则写入操作可能会阻塞很长时间。我们可以使用动态调整大小，但它需要移动数据，我们会错过上面讨论的大部分优势。
Go的实现
在了解环形缓冲区的原理之后，我们来用Go实现这个数据结构。
结构体定义
type T string
type RingBuffer struct {
sync.RWMutex
data []T
capacity int
read int
write int
}
我们定义一个环形缓冲区结构体，其中包含值数组、数组大小，读指针和写指针。同时，它也是并发安全的。
初始化
首先，让我们定义一个使用预定义容量初始化缓冲区的构造函数：
const DefaultCapacity = 8
func NewRingBuffer(cap int) *RingBuffer {
ring := &RingBuffer{}
if cap < 1 {
cap = DefaultCapacity
}
ring.data = make([]T, cap)
ring.capacity = cap
ring.read = 0
ring.write = -1
return ring
}
写
接下来，我们将实现Offer操作，在下一个可用槽处将元素插入缓冲区，并在成功时返回 true。如果缓冲区找不到空槽，则返回false，也就是说，我们不能覆盖未读取的值。
func (r *RingBuffer) Offer(t T) bool {
if !r.IsFull() {
next := r.write + 1
r.data[next%r.capacity] = t
r.write++
return true
}
return false
}
因此，我们正在递增写入序列并计算数组中下一个可用插槽的索引。然后，我们将数据写入缓冲区并存储更新的写入序列。
读
最后，我们将实现获取并删除下一个未读元素的轮询操作。轮询操作不会删除元素，但会增加读取序列。
func (r *RingBuffer) Poll() *T {
if !r.IsEmpty() {
next := r.data[r.read%r.capacity]
r.read++
return &next
}
return nil
}
在这里，我们通过计算数组中的索引来读取当前读取序列的数据。然后，如果缓冲区不为空，我们将递增序列并返回值。
