Golang缓冲区与并发读者

Question

我想在Go中构建一个缓冲区，它支持多个并发读者和一个编写器。 所有读者都应该阅读写入缓冲区的内容。 允许新读者随时进入，这意味着已经写好的数据必须能够为后期读者播放。

缓冲区应满足以下接口：

type MyBuffer interface {
    Write(p []byte) (n int, err error)
    NextReader() io.Reader
}

对于这样的实现，您是否有任何建议，最好使用内置类型？

Answer 1

根据本作者的性质以及如何使用它，将所有内容保存在内存中（以便能够重新播放所有内容供读者加入）是非常危险的，并且可能需要大量内存，或者导致应用程序崩溃内存不足。

将它用于“低流量”记录器可以将所有内容保存在内存中可能没问题，但是例如流式传输某些音频或视频很可能不是。

如果下面的阅读器实现读取了写入缓冲区的所有数据，则它们的Read()方法将正确报告io.EOF 。 必须小心一些结构（如bufio.Scanner ）可能无法读取更多的数据，一旦io.EOF遇到（但这不是我们实现的缺陷）。

如果你希望我们的缓冲区的读者等待缓冲区中没有更多数据可用，要等到写入新数据而不是返回io.EOF ，你可以将返回的读者包装在这里提供的“尾读者”中： Go ：“tail -f”式发电机 。

“内存安全”文件实现

这是一个非常简单和优雅的解决方案。 它使用文件写入，并使用文件进行读取。 同步基本上由操作系统提供。 这不存在内存不足错误的风险，因为数据仅存储在磁盘上。 根据作者的性质，这可能是也可能不够。

我宁愿使用以下接口，因为在文件的情况下， Close()很重要。

type MyBuf interface {
    io.WriteCloser
    NewReader() (io.ReadCloser, error)
}

而且实现非常简单：

type mybuf struct {
    *os.File
}

func (mb *mybuf) NewReader() (io.ReadCloser, error) {
    f, err := os.Open(mb.Name())
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    return f, nil
}

func NewMyBuf(name string) (MyBuf, error) {
    f, err := os.Create(name)
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    return &mybuf{File: f}, nil
}

我们的mybuf类型嵌入了*os.File ，因此我们得到了“free”的Write()和Close()方法。

NewReader()只是打开现有的后备文件进行读取（以只读模式）并返回它，再次利用它实现io.ReadCloser 。

创建一个新的MyBuf值正在NewMyBuf()函数中实现，如果创建文件失败，它也可能返回error 。

笔记：

请注意，由于mybuf嵌入了*os.File ，因此可以使用类型断言 “到达” os.File其他导出方法，即使它们不是MyBuf接口的一部分。 我不认为这是一个缺陷，但如果你想禁止这个，你必须改变mybuf的实现，不要嵌入os.File ，而是把它作为命名字段（但是你必须添加Write()和自己Close()方法，正确转发到os.File字段）。

内存实现

如果文件实现不充分，那么就会出现内存实现。

由于我们现在只在内存中，我们将使用以下界面：

type MyBuf interface {
    io.Writer
    NewReader() io.Reader
}

我们的想法是存储所有传递给缓冲区的字节片。 当调用Read()时，读者将提供存储的切片，每个读者将跟踪其Read()方法服务的存储切片的数量。 必须处理同步，我们将使用简单的sync.RWMutex 。

不用多说，这是实现：

type mybuf struct {
    data [][]byte
    sync.RWMutex
}

func (mb *mybuf) Write(p []byte) (n int, err error) {
    if len(p) == 0 {
        return 0, nil
    }
    // Cannot retain p, so we must copy it:
    p2 := make([]byte, len(p))
    copy(p2, p)
    mb.Lock()
    mb.data = append(mb.data, p2)
    mb.Unlock()
    return len(p), nil
}

type mybufReader struct {
    mb   *mybuf // buffer we read from
    i    int    // next slice index
    data []byte // current data slice to serve
}

func (mbr *mybufReader) Read(p []byte) (n int, err error) {
    if len(p) == 0 {
        return 0, nil
    }
    // Do we have data to send?
    if len(mbr.data) == 0 {
        mb := mbr.mb
        mb.RLock()
        if mbr.i < len(mb.data) {
            mbr.data = mb.data[mbr.i]
            mbr.i++
        }
        mb.RUnlock()
    }
    if len(mbr.data) == 0 {
        return 0, io.EOF
    }

    n = copy(p, mbr.data)
    mbr.data = mbr.data[n:]
    return n, nil
}

func (mb *mybuf) NewReader() io.Reader {
    return &mybufReader{mb: mb}
}

func NewMyBuf() MyBuf {
    return &mybuf{}
}

请注意， Writer.Write()的常规协定包括实现不能保留传递的切片，因此我们必须在“存储”它之前复制它。

另请注意，读者的Read()会尝试锁定最少的时间。 也就是说，它只在我们需要来自缓冲区的新数据切片时锁定，并且只进行读锁定，这意味着如果读取器具有部分数据切片，则将在Read()发送该数据切片而不锁定并触摸缓冲区。

Answer 2

我链接到仅附加提交日志，因为它看起来非常类似于您的要求。 我对分布式系统和提交日志都很陌生，所以我可能会对几个概念进行屠宰，但是kafka的介绍清楚地解释了所有的图表。

Go对我来说也很新鲜，所以我确信有更好的方法：

但也许您可以将缓冲区建模为切片，我认为有几种情况：

• 缓冲区没有读取器，新数据被写入缓冲区，缓冲区长度增加

• 缓冲区有一个/多个读卡器：

  • 读者订阅缓冲区
  • buffer创建并向该客户端返回一个通道
  • buffer维护一个客户端通道列表
  • 写入发生 - >循环遍历所有客户端通道并发布到它（pub sub）

这解决了pubsub实时消费者流，其中消息被扇出，但没有解决回填问题。

Kafka启用了回填功能，他们的介绍说明了如何完成:)

这种偏移由消费者控制：通常消费者在读取记录时会线性地提高其偏移量，但事实上，由于消费者控制位置，它可以按照自己喜欢的任何顺序消费记录。 例如，消费者可以重置为较旧的偏移量以重新处理过去的数据，或者跳到最近的记录并从“现在”开始消费。

这些功能组合意味着Kafka消费者非常便宜 - 他们可以来来往往对集群或其他消费者没有太大影响。 例如，您可以使用我们的命令行工具“拖尾”任何主题的内容，而无需更改任何现有使用者所消耗的内容。

Answer 3

作为实验的一部分，我必须做类似的事情，所以分享：

type MultiReaderBuffer struct {
    mu  sync.RWMutex
    buf []byte
}

func (b *MultiReaderBuffer) Write(p []byte) (n int, err error) {
    if len(p) == 0 {
        return 0, nil
    }
    b.mu.Lock()
    b.buf = append(b.buf, p...)
    b.mu.Unlock()
    return len(p), nil
}

func (b *MultiReaderBuffer) NewReader() io.Reader {
    return &mrbReader{mrb: b}
}

type mrbReader struct {
    mrb *MultiReaderBuffer
    off int
}

func (r *mrbReader) Read(p []byte) (n int, err error) {
    if len(p) == 0 {
        return 0, nil
    }
    r.mrb.mu.RLock()
    n = copy(p, r.mrb.buf[r.off:])
    r.mrb.mu.RUnlock()
    if n == 0 {
        return 0, io.EOF
    }
    r.off += n
    return n, nil
}