多线程异步日志打印,满足以下要求情况下,如何才能更高效?

(1)线程安全:多个线程可以并发写日志,不造成竞争,两个线程的日志信息不会交叉出现;
(2)吞吐量大;
(3)日志消息有多种级别,格式可配置等等;

双缓冲机制的基本思路是:

准备两块 buffer: A 和 B;

前端负责往 buffer A 填数据(日志信息);

后端负责把 buffer B 的数据写入文件。

当 buffer A 写满之后,交换 A 和 B,让后端将 buffer A 的数据写入文件,而前端则往 buffer B 填入新的日志信息,如此反复。

双缓冲区的好处是:

在大部分的时间中,前台线程和后台线程不会操作同一个缓冲区,这也就意味着前台线程的操作,不需要等待后台线程缓慢的写文件操作(因为不需要锁定临界区)。

尽可能的降低 Lock 的时间:
在刚才的描述中,有这么一句话:在[大部分的时间中],前台线程和后台线程不会操作同一个缓冲区。也就是是说,在小部分时间内,它们还是有可能操作同一个缓冲区的。那就是:当前台的写入缓冲区 buffer A 被写满了,需要与 buffer B 进行交换的时候。

交换的操作,是由后台线程来执行的,具体流程是:后台线程被唤醒,此时 buffer B 缓冲区是空的,因为在上一次进入睡眠之前,buffer B 中数据已经被写入到文件系统中了;
把 buffer A 与 buffer B 进行交换;
把 buffer B 中的数据写入到文件系统;
开始休眠;
在第2个步骤中:交换缓冲区,就是把两个指针变量的值交换一下而已,利用C++语言中的swap操作,效率很高。
在执行交换缓冲区的时候,可能会有前台线程写入日志,因此这个步骤需要在 Lock 的状态下执行。
可以看出:这个双缓冲机制的前后台日志系统,需要锁定的代码仅仅是交换两个缓冲区这个动作,Lock 的时间是极其短暂的!这就是它提高吞吐量的关键所在!