常规更新
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-689
@@ -1,689 +0,0 @@
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# 多线程图表库后台渲染缓冲模型重构说明
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## 基本要求
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我要重构这个多线程图表库的后台渲染缓冲模型。
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要求：
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* 不要动 git。
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* 代码保持 K&R 样式。
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* 不要加无意义空行。
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* 除非必要，不要破坏已有函数签名语义。
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* 如果替换实现，旧实现直接删除，不要做兼容实现。
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* 能不做兼容实现就不做兼容实现，除非明确说明设计如此。
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## 核心目标
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把每个图抽象成下面这个通用模型：
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状态缓冲 -> 后台 CPU 渲染 -> 颜色缓冲 -> Qt 主线程贴图
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```
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也就是：
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```text
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State -> Color -> paintEvent drawImage
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```
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具体图只实现：
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```text
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State -> Color 的 CPU 渲染逻辑
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```
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线程调度、版本判断、缓冲交换、刷新合并逻辑放到通用框架里。
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## 线程模型
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Qt GUI 线程和 asio 调度线程是两个不同线程。
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asio 调度线程是单线程，负责串行调度所有图的：
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状态修改
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任务提交
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版本判断
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后台任务完成发布
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刷新请求合并
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Qt GUI 线程不直接修改渲染状态。
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Qt 主线程收到用户操作、数据输入、缩放、尺寸变化、颜色表变化等事件后，只把修改请求投递给 asio 调度线程。
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asio 调度线程串行修改 `edit_state`，并递增 `edit_state.version`。
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## 后台计算模型
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后台计算使用 asio / 线程池封装成 awaitable。
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asio 调度线程只负责任务编排，不在调度线程里做重 CPU 计算。
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`State -> Color` 的重计算放到后台 CPU 执行环境里完成。
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后台计算完成后，把完成事件 post 回 asio 调度线程。
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颜色缓冲发布由 asio 调度线程执行。
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CPU 后台任务只做计算，不直接操作 QWidget，不直接修改 `edit_state`，不直接操作 `front_color`。
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## 状态缓冲
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每个图使用两个状态缓冲：
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```text
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edit_state
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render_state
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```
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### edit_state
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`edit_state` 是 asio 调度线程持有的最新状态。
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Qt 主线程收到事件后只投递修改命令，不直接写 `edit_state`。
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所有会影响最终图像的状态变化，都必须在 asio 调度线程中修改 `edit_state`，并递增 `edit_state.version`。
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典型状态变化包括：
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```text
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用户操作
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数据输入
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缩放
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平移
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尺寸变化
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颜色表变化
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显示开关变化
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采样参数变化
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坐标范围变化
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```
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### render_state
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`render_state` 是后台渲染任务使用的稳定状态快照。
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提交后台任务时，由 `edit_state` 复制、交换或快照生成 `render_state`。
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提交时必须保证：
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```text
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render_state.version = edit_state.version
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```
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后台 CPU 任务只读取 `render_state` 对应的稳定快照。
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## 状态版本号
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两个状态缓冲都必须带 `version`。
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示例结构：
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```cpp
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||||
struct State_Buffer {
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std::uint64_t version = 0;
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||||
Chart_State state;
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};
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```
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||||
`edit_state.version` 是整个渲染管线的源版本。
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`render_state.version` 表示当前提交给后台计算的状态版本。
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状态版本流向：
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```text
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edit_state.version
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↓ submit / snapshot
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render_state.version
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```
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判断是否需要提交后台任务：
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```text
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||||
edit_state.version 新于 render_state.version
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并且当前图没有后台任务在飞
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```
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## 颜色缓冲
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每个图使用三个颜色缓冲：
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```text
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front_color
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ready_color
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render_color
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```
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### front_color
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||||
`front_color` 是 Qt 主线程当前正在显示的颜色图。
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Qt 主线程在 `paintEvent` 中绘制 `front_color`。
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||||
后台线程和 asio 调度线程不能写 `front_color` 的像素内容。
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后台发布流程不能直接交换或修改 `front_color`。
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### ready_color
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||||
`ready_color` 是后台已经生成完成、等待 Qt 主线程消费的颜色图。
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||||
`ready_color` 是后台发布线程和 Qt 主线程之间的唯一交接槽。
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||||
如果旧的 `ready_color` 还没被 Qt 主线程消费，而新的 `render_color` 又完成了，直接用新的 `render_color` 覆盖旧的
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||||
`ready_color`。
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||||
图表库追最新状态，不做帧队列。
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### render_color
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||||
`render_color` 是后台线程正在写入的颜色图。
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||||
Qt 主线程不能读 `render_color`。
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||||
Qt 主线程不能交换 `render_color`。
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||||
后台 CPU 任务只写 `render_color`。
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## 颜色版本号
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||||
每个颜色缓冲对象都带 `version`。
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示例结构：
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```cpp
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||||
struct Color_Buffer {
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||||
std::uint64_t version = 0;
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||||
QImage image;
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||||
};
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```
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颜色缓冲的 `version` 表示：
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```text
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||||
这张颜色图对应哪个 state 版本
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```
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||||
后台 CPU 渲染完成后，必须设置：
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```text
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render_color.version = render_state.version
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```
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||||
颜色版本不是独立递增出来的，而是从状态版本传递过来的。
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完整版本流向：
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```text
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||||
edit_state.version
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||||
↓ submit / snapshot
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render_state.version
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||||
↓ CPU render
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render_color.version
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||||
↓ publish
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||||
ready_color.version
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||||
↓ paintEvent consume
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front_color.version
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```
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## 版本号原则
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每个缓冲对象都带 `version`。
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版本号跟随缓冲对象，不单独跟随槽位。
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||||
版本号属于缓冲对象，不属于 `front`、`ready`、`render` 这些槽位名称。
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||||
也就是说，交换的是缓冲对象指针，版本号跟着缓冲对象一起移动。
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||||
不要让版本号和图像对象分离。
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## 回环版本比较
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版本比较必须封装成支持回环的函数，不要到处直接写 `>`。
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函数语义：
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```text
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version_newer(a, b)
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```
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表示：
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```text
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a 是否新于 b
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```
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可以使用 `uint64_t`，并通过有符号差值处理回环。
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前提是两个待比较版本之间的距离不会超过半个取值空间。
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示例语义：
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```cpp
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||||
static bool version_newer(std::uint64_t a, std::uint64_t b) {
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||||
return static_cast<std::int64_t>(a - b) > 0;
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||||
}
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```
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||||
所有版本新旧判断都必须通过该函数完成。
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## 颜色缓冲分配原则
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颜色缓冲对象固定分配。
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槽位只交换指针。
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||||
不要在发布流程里反复分配或释放颜色缓冲对象。
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推荐模型：
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```text
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front_color 指针
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ready_color 指针
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render_color 指针
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```
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||||
三个槽位分别指向三个固定分配的 `Color_Buffer` 对象。
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交换槽位时只交换指针，不拷贝 QImage，不拷贝像素数组。
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## 颜色缓冲锁原则
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所有跨线程槽位交换必须加锁。
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锁内只允许做：
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```text
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版本判断
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指针交换
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状态标记
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||||
读取 dirty rect
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||||
设置必要标志位
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```
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锁内禁止做：
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```text
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||||
像素计算
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||||
内存分配
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QImage 填充
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drawImage
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||||
复杂状态计算
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||||
后台等待
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||||
任务提交等待
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```
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原则：
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```text
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||||
大计算锁外做。
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锁内只换身份。
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```
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||||
## 颜色缓冲唯一合法交换
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||||
整个系统只允许两个颜色缓冲交换操作。
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后台发布：
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```text
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||||
ready_color <-> render_color
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```
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Qt 主线程消费：
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```text
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||||
front_color <-> ready_color
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```
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||||
不允许：
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||||
```text
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||||
front_color <-> render_color
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||||
后台线程操作 front_color
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||||
Qt 主线程操作 render_color
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||||
绕过 ready_color 直接发布
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```
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## 后台发布流程
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||||
后台 CPU 任务只写 `render_color`。
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||||
`render_color` 填充完成后，完成事件回到 asio 调度线程。
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||||
asio 调度线程在 `color_lock` 下执行发布。
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发布逻辑：
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```text
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如果 render_color.version 新于 ready_color.version：
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交换 ready_color 和 render_color
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```
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||||
交换后判断：
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```text
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||||
如果 ready_color.version 新于 front_color.version：
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||||
scheduler->request_update()
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||||
```
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||||
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||||
如果旧 `ready_color` 还没被 Qt 主线程消费，而新 `render_color` 又完成了：
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```text
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||||
直接用新的 render_color 覆盖旧 ready_color。
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||||
旧 ready_color 变成新的 render_color，下一轮会被后台覆盖。
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```
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||||
图表库只保留最新待显示图，不做帧队列。
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## Qt paintEvent 流程
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||||
`paintEvent` 中在 `color_lock` 下判断：
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```text
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||||
如果 ready_color.version 新于 front_color.version：
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||||
交换 ready_color 和 front_color
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||||
```
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||||
释放锁后执行：
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```text
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||||
drawImage(front_color)
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```
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||||
`paintEvent` 不允许做：
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```text
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状态计算
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颜色映射
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后台等待
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任务提交
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像素生成
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大数组遍历
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```
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||||
`paintEvent` 只负责消费最新 `ready_color` 并绘制 `front_color`。
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即使没有新 `ready_color`，`paintEvent` 也必须能够直接绘制旧的 `front_color`。
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因为 Qt 可能因为窗口遮挡、恢复、缩放、系统重绘等原因触发 `paintEvent`。
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## 刷新请求流程
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后台发布 `ready_color` 后，不直接在后台线程操作 QWidget。
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`scheduler->request_update()` 负责把刷新请求投递到 Qt GUI 线程。
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||||
刷新请求需要使用 `paint_request_pending` 合并重复 update 请求。
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||||
多个图完成时合并 dirty region。
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不要每个图都直接 update 整个窗口。
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Qt 主线程收到刷新任务后调用：
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```text
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QWidget::update(region)
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```
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||||
由 Qt 稍后触发 `paintEvent`。
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## paint_request_pending 语义
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`paint_request_pending` 表示：
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```text
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||||
已经有一个刷新请求投递到 Qt GUI 线程，暂时不要重复投递
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```
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||||
判断是否投递 update：
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||||
```text
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||||
ready_color.version 新于 front_color.version
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||||
并且 paint_request_pending == false
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```
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||||
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||||
`paint_request_pending` 只用于合并 Qt update 请求，不用于判断颜色图是否新。
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||||
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||||
颜色图是否新仍然通过：
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||||
```text
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||||
version_newer(ready_color.version, front_color.version)
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||||
```
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||||
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||||
判断。
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## 任务提交原则
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||||
每个图同一时间最多一个后台渲染任务。
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||||
如果任务正在 `Queued` 或 `Running`，不再提交同一图的新任务。
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||||
任务运行期间 `edit_state` 又变化，只记录新版本。
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||||
当前任务完成后，下一轮直接提交最新 `edit_state`。
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||||
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||||
不要排队计算中间版本。
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||||
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||||
图不可见、尺寸无效、版本没变时，不提交任务。
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||||
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||||
## 任务状态
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||||
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||||
每个图至少需要表达以下任务状态：
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||||
```text
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||||
Idle
|
||||
Queued
|
||||
Running
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||||
```
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||||
|
||||
状态语义：
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||||
|
||||
```text
|
||||
Idle：
|
||||
当前图没有后台任务。
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||||
|
||||
Queued：
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||||
当前图的后台任务已经提交，但还没开始执行。
|
||||
|
||||
Running：
|
||||
当前图的后台任务正在执行。
|
||||
```
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||||
|
||||
提交条件：
|
||||
|
||||
```text
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||||
job_state == Idle
|
||||
edit_state.version 新于 render_state.version
|
||||
图可见
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||||
尺寸有效
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||||
没有超过提交频率限制
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||||
```
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||||
|
||||
## 状态缓冲提交流程
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||||
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||||
asio 调度线程判断：
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||||
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||||
```text
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||||
edit_state.version 是否新于 render_state.version
|
||||
```
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||||
|
||||
如果需要提交，并且当前图没有任务在飞：
|
||||
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||||
```text
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||||
生成 render_state 快照
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||||
render_state.version = edit_state.version
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||||
标记任务运行
|
||||
把 render_state 对应的计算任务提交到后台 CPU 执行环境
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||||
```
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||||
CPU 任务只读取 `render_state` 快照并写 `render_color`。
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||||
CPU 任务不直接修改 `edit_state`。
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|
||||
CPU 任务不直接发布 `ready_color`。
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||||
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||||
CPU 任务完成后 post 回 asio 调度线程，由 asio 调度线程执行颜色缓冲发布。
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||||
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||||
## 过期任务处理原则
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||||
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||||
如果后台任务计算的是较旧版本，例如：
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||||
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||||
```text
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||||
任务开始时 render_state.version = 100
|
||||
任务运行期间 edit_state.version 已经变成 110
|
||||
```
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||||
|
||||
默认策略：
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||||
```text
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||||
允许 version 100 的结果发布
|
||||
任务完成后下一轮直接提交最新 edit_state.version = 110
|
||||
不排队计算 101 到 109
|
||||
```
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||||
|
||||
这样界面不会长时间完全没有更新，同时也不会浪费 CPU 计算中间版本。
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||||
|
||||
如果某些图要求严格不显示过期结果，可以单独设计策略，但默认通用框架采用“允许当前任务结果发布，下一轮追最新”的方式。
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||||
|
||||
## render_color 写入原则
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||||
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||||
后台 CPU 任务写 `render_color` 前，必须保证 `render_color` 当前不属于 `front_color` 或 `ready_color`。
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||||
|
||||
这个由三缓冲槽位交换规则保证。
|
||||
|
||||
后台 CPU 任务只能写当前槽位名为 `render_color` 的缓冲对象。
|
||||
|
||||
不要在未持有正确所有权的情况下写任意颜色缓冲。
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||||
|
||||
如果使用 `QImage`，要注意 Qt 隐式共享。
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||||
|
||||
每个颜色缓冲应持有独立的 QImage 存储。
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||||
|
||||
后台写像素前，需要保证 `render_color.image` 独占可写。
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||||
|
||||
不要让多个颜色缓冲共享同一块 QImage data。
|
||||
|
||||
## 锁和绘制的关系
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||||
|
||||
锁保护的是：
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||||
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||||
```text
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||||
front_color / ready_color / render_color 三个槽位身份
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||||
版本号和图像对象的一致性
|
||||
ready_color 这个共享交接区
|
||||
```
|
||||
|
||||
锁不保护：
|
||||
|
||||
```text
|
||||
后台像素写入过程
|
||||
主线程 drawImage 的耗时过程
|
||||
CPU 计算过程
|
||||
状态计算过程
|
||||
```
|
||||
|
||||
正确方式：
|
||||
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||||
```text
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||||
后台：
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||||
锁外写 render_color.image
|
||||
锁内 ready_color <-> render_color
|
||||
|
||||
Qt GUI：
|
||||
锁内 ready_color <-> front_color
|
||||
锁外 drawImage(front_color.image)
|
||||
```
|
||||
|
||||
## 通用缓冲控制抽象
|
||||
|
||||
需要重构出一个通用缓冲控制抽象。
|
||||
|
||||
该抽象负责：
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||||
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||||
```text
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||||
状态版本管理
|
||||
状态快照提交
|
||||
任务 single-flight 控制
|
||||
颜色三缓冲管理
|
||||
版本回环比较
|
||||
颜色发布
|
||||
Qt update 请求合并
|
||||
dirty region 合并
|
||||
```
|
||||
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||||
具体图只实现：
|
||||
|
||||
```text
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State -> Color 的 CPU 渲染逻辑
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```
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不要把线程控制、版本控制、颜色缓冲交换散落到每个具体图实现里。
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## 最终模型总结
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每个图拥有：
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```text
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edit_state
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render_state
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front_color
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ready_color
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||||
render_color
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```
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版本流向：
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```text
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edit_state.version
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||||
↓
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||||
render_state.version
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||||
↓
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||||
render_color.version
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||||
↓
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||||
ready_color.version
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||||
↓
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||||
front_color.version
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```
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线程职责：
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```text
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Qt GUI 线程：
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接收用户事件
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投递状态修改命令
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执行 QWidget::update(region)
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paintEvent 中消费 ready_color
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drawImage(front_color)
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asio 调度线程：
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串行修改 edit_state
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递增 edit_state.version
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||||
判断是否提交后台任务
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生成 render_state 快照
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接收后台任务完成事件
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发布 ready_color
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合并刷新请求
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后台 CPU 执行环境：
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读取 render_state
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写 render_color
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完成后 post 回 asio 调度线程
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```
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核心原则：
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```text
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||||
state version 驱动计算。
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color version 追踪产物。
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single-flight 避免堆任务。
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||||
三颜色缓冲保证图像安全交接。
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ready_color 只保存最新待显示图。
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paintEvent 只贴 front_color。
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锁内只交换指针。
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||||
大计算全部锁外完成。
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```
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+727
-41
@@ -1,53 +1,739 @@
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||||
每一个图有自己的元数据
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# 图表渲染整体架构设计
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||||
单独看流程就是 元数据 -> cpu计算 然后出来一个装满像素的数组 然后主线程合适时机贴图
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## 1. 总体流程
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||||
其实真正流程就是主线程用户的各种操作刷新元数据缓冲（无锁操作）。 协程定时器（也通过版本号来判断是否计算还是等待下一个周期）合适的时机触发（加锁交换缓冲）扔给cpu线程池去计算出图
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||||
然后加锁交换缓冲 标记版本号 主线程定时器看到版本号决定是否paint event
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||||
每一个图都有自己的元数据、状态缓冲和颜色缓冲。
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如果这个流程的话 如果
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单独看一个图，核心流程是：
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```text
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元数据 / 状态
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↓
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CPU 后台计算
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↓
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||||
像素数组 / QImage
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↓
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||||
Qt 主线程在合适时机贴图
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```
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||||
使用asio做协程调度器，单线程调度线程 调度所有执行流程。状态缓冲计算到颜色缓冲，放到后台asio协程池里
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||||
封装成一个awitable，也由单线程调度线程 调度。
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||||
注意 Qt 主线程 和 asio 调度线程 是两个不同线程。
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||||
完整流程是：
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抽象缓冲控制
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版本号 （需要回环） 每个缓冲都带版本号
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```text
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用户操作 / 数据输入 / 缩放 / 尺寸变化 / 颜色表变化
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↓
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||||
更新 edit_state
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||||
↓
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||||
edit_state 快照到 ready_state
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||||
↓
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||||
调度线程在合适周期提交 ready_state
|
||||
↓
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||||
ready_state 切换成 render_state
|
||||
↓
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||||
CPU 线程池读取 render_state 计算颜色图
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||||
↓
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||||
写入 render_color
|
||||
↓
|
||||
render_color 发布成 ready_color
|
||||
↓
|
||||
Qt 主线程消费 ready_color
|
||||
↓
|
||||
front_color 贴图显示
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||||
```
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||||
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||||
两个状态缓冲：
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||||
edit_state 主线程正在接收用户操作、数据输入、缩放、颜色表、尺寸变化等修改的状态。
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||||
render_state 后台线程正在使用的稳定状态快照。
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||||
也就是：
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||||
|
||||
三个颜色缓冲：
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||||
front_color 主线程当前正在显示的颜色图。
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||||
ready_color 后台已经生成完，等待主线程消费的颜色图。
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||||
render_color 后台线程正在写入的颜色图。
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||||
```text
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||||
edit_state
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||||
↓ snapshot
|
||||
ready_state
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||||
↓ swap ready/render
|
||||
render_state
|
||||
↓ CPU render
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||||
render_color
|
||||
↓ swap render/ready
|
||||
ready_color
|
||||
↓ swap ready/front
|
||||
front_color
|
||||
↓ drawImage
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||||
```
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||||
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||||
后台发布：
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||||
render_color -> ready_color
|
||||
如果 ready_color.version > front_color.version
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||||
---
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||||
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||||
## 2. 线程模型
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||||
|
||||
使用 asio 做协程调度器。
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||||
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||||
有三个主要执行环境：
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||||
```text
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||||
Qt 主线程
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||||
asio 单线程调度线程
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||||
CPU 后台线程池
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||||
```
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||||
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||||
### Qt 主线程
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||||
|
||||
负责：
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||||
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||||
```text
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||||
接收用户输入
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||||
接收鼠标、键盘、resize、paintEvent
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||||
把用户操作投递给 asio 调度线程
|
||||
执行 QWidget::update()
|
||||
在 paintEvent 中 drawImage(front_color)
|
||||
```
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||||
|
||||
Qt 主线程不直接做重计算。
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||||
|
||||
Qt 主线程也不直接修改后台正在使用的状态缓冲。
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||||
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||||
推荐语义是：
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||||
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||||
```text
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||||
Qt 主线程只产生操作命令。
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||||
asio 调度线程把操作命令应用到 edit_state。
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||||
```
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||||
|
||||
这样 edit_state 的“无锁修改”来自于单线程所有权，而不是多个线程裸写同一份状态。
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||||
|
||||
### asio 单线程调度线程
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||||
|
||||
负责：
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||||
|
||||
```text
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||||
串行处理用户操作命令
|
||||
修改 edit_state
|
||||
递增 edit_state.version
|
||||
执行 edit_state -> ready_state 快照
|
||||
通过协程定时器判断是否需要提交后台计算
|
||||
把 ready_state 切换成 render_state
|
||||
把后台计算任务提交给 CPU 线程池
|
||||
接收 CPU 任务完成事件
|
||||
发布 render_color -> ready_color
|
||||
合并 request_update
|
||||
```
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||||
|
||||
asio 调度线程是整个图表流水线的控制中心。
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||||
|
||||
### CPU 后台线程池
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||||
|
||||
负责：
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||||
|
||||
```text
|
||||
读取 render_state
|
||||
计算颜色图
|
||||
写入 render_color
|
||||
设置 render_color.version
|
||||
完成后 post 回 asio 调度线程
|
||||
```
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||||
|
||||
CPU 线程池不操作 QWidget。
|
||||
|
||||
CPU 线程池不修改 edit_state。
|
||||
|
||||
CPU 线程池不直接触发 paintEvent。
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 3. 抽象缓冲控制器
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||||
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||||
状态缓冲和颜色缓冲都使用同一类抽象：
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||||
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||||
```text
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||||
固定缓冲池
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||||
+
|
||||
角色状态 slot_state
|
||||
+
|
||||
物理占用标记 busy
|
||||
+
|
||||
版本号 version
|
||||
```
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||||
|
||||
每个缓冲对象固定分配，不在运行过程中反复 new/delete。
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||||
|
||||
角色只是映射关系。
|
||||
|
||||
物理缓冲才是真正被读写的对象。
|
||||
|
||||
### 核心概念
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||||
|
||||
```text
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||||
slot_state：
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||||
表示角色到物理 buffer 的映射。
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||||
|
||||
busy：
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||||
表示某个物理 buffer 当前正在被长时间使用。
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||||
|
||||
version：
|
||||
表示这个物理 buffer 当前内容对应的版本。
|
||||
|
||||
lease：
|
||||
表示一次具体的物理 buffer 占用。
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||||
```
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||||
|
||||
### 核心操作
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||||
|
||||
抽象接口只需要三个基础操作：
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||||
|
||||
```text
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||||
mark_use
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||||
unmark_use
|
||||
swap_role
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||||
```
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||||
|
||||
语义：
|
||||
|
||||
```text
|
||||
mark_use：
|
||||
标记某个物理 buffer 正在被使用。
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||||
成功后返回 lease。
|
||||
|
||||
unmark_use：
|
||||
释放 lease 对应的物理 buffer。
|
||||
|
||||
swap_role：
|
||||
交换两个角色对应的物理 buffer。
|
||||
交换前检查参与交换的物理 buffer 是否被占用。
|
||||
支持 Try 和 Wait 两种模式。
|
||||
```
|
||||
|
||||
### swap_role 结果
|
||||
|
||||
交换操作必须返回明确结果：
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||||
|
||||
```text
|
||||
Success：
|
||||
交换成功。
|
||||
|
||||
Busy：
|
||||
参与交换的 buffer 正在被占用。
|
||||
|
||||
State_Changed：
|
||||
操作过程中 slot_state 已经变化，需要重试。
|
||||
|
||||
Condition_Failed：
|
||||
业务条件不满足，例如版本没有更新。
|
||||
```
|
||||
|
||||
### swap_role 模式
|
||||
|
||||
```text
|
||||
Try：
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||||
尝试一次。
|
||||
如果 buffer 被占用，立即返回 Busy。
|
||||
适合 Qt paintEvent 等不能阻塞的路径。
|
||||
|
||||
Wait：
|
||||
如果 buffer 被占用，就等待释放后重试。
|
||||
适合 asio 调度线程或后台发布路径。
|
||||
不允许在 Qt paintEvent 里使用。
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 交换规则
|
||||
|
||||
交换不是简单改指针，而是：
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||||
|
||||
```text
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||||
读取 slot_state
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||||
找到两个角色对应的物理 buffer
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||||
尝试 mark_use 这两个物理 buffer
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||||
mark 成功后重新读取 slot_state
|
||||
确认角色映射没有变化
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||||
检查业务条件
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||||
CAS 提交新的 slot_state
|
||||
释放两个物理 buffer
|
||||
```
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||||
|
||||
核心原则：
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||||
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||||
```text
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||||
slot_state 管角色。
|
||||
busy 管物理占用。
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||||
version 管内容新旧。
|
||||
lease 管一次具体使用。
|
||||
```
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||||
|
||||
不能混用。
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||||
|
||||
不能用 version 判断 buffer 是否正在被使用。
|
||||
|
||||
不能只用 slot_state 判断 buffer 是否安全可写。
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||||
|
||||
不能释放 role，必须释放 lease。
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||||
|
||||
因为 role 在使用期间可能已经被交换，lease 才代表真正占用的物理 buffer。
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||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 4. 版本号规则
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||||
|
||||
每个状态缓冲和颜色缓冲都带 version。
|
||||
|
||||
版本号使用 uint64_t，并支持回环比较。
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||||
|
||||
```cpp
|
||||
static bool version_newer(std::uint64_t left, std::uint64_t right) {
|
||||
return static_cast<std::int64_t>(left - right) > 0;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
语义：
|
||||
|
||||
```text
|
||||
version_newer(left, right)
|
||||
表示 left 是否新于 right。
|
||||
```
|
||||
|
||||
版本号跟随物理缓冲对象，不跟随角色槽位。
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||||
|
||||
角色切换时，不单独修改版本号。
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||||
|
||||
版本号只在内容真正更新后修改。
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||||
|
||||
---
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||||
|
||||
## 5. 状态三缓冲
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||||
|
||||
状态缓冲也使用三缓冲。
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||||
|
||||
每个图有三个状态缓冲：
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||||
|
||||
```text
|
||||
states[3]
|
||||
```
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||||
|
||||
三个角色：
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||||
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||||
```text
|
||||
edit_state
|
||||
ready_state
|
||||
render_state
|
||||
```
|
||||
|
||||
### edit_state
|
||||
|
||||
```text
|
||||
asio 调度线程正在修改的最新状态。
|
||||
```
|
||||
|
||||
用户操作、数据输入、缩放、颜色表、尺寸变化等最终都作用到 edit_state。
|
||||
|
||||
每次影响最终图像的修改，都递增：
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||||
|
||||
```text
|
||||
edit_state.version
|
||||
```
|
||||
|
||||
### ready_state
|
||||
|
||||
```text
|
||||
已经从 edit_state 快照出来，等待提交给 CPU 的状态。
|
||||
```
|
||||
|
||||
ready_state 是交接缓冲。
|
||||
|
||||
它可以在 CPU 正在读取 render_state 时，被新的 edit_state 覆盖。
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||||
|
||||
这样可以跳过中间状态，只保留最新待计算状态。
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||||
|
||||
### render_state
|
||||
|
||||
```text
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||||
CPU 后台任务正在读取的稳定状态。
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||||
```
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||||
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||||
render_state 被 CPU 读取期间必须 mark_use。
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||||
|
||||
render_state 被占用时，不能被交换到会被写入的位置。
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||||
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||||
### 状态快照流程
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||||
|
||||
当 edit_state.version 新于 ready_state.version 时：
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||||
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||||
```text
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||||
mark_use(ready_state)
|
||||
copy edit_state -> ready_state
|
||||
ready_state.version = edit_state.version
|
||||
unmark_use(ready_state)
|
||||
```
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||||
|
||||
如果 edit_state 只由 asio 调度线程修改，edit_state 本身可以不显式 mark_use。
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||||
|
||||
如果以后允许其他线程直接写 edit_state，则 edit_state 也必须 mark_use。
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||||
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||||
### 状态提交流程
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||||
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||||
协程定时器在合适时机检查：
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||||
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||||
```text
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||||
ready_state.version 是否新于 render_state.version
|
||||
CPU 任务是否空闲
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||||
render_state 是否未被占用
|
||||
```
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||||
|
||||
满足条件后：
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||||
|
||||
```text
|
||||
swap_role(ready_state, render_state, Wait)
|
||||
mark_use(render_state)
|
||||
提交 CPU 后台计算任务
|
||||
```
|
||||
|
||||
CPU 任务完成后：
|
||||
|
||||
```text
|
||||
unmark_use(render_state)
|
||||
```
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||||
|
||||
状态三缓冲的核心意义是：
|
||||
|
||||
```text
|
||||
CPU 正在读 render_state。
|
||||
asio 继续改 edit_state。
|
||||
ready_state 保存下一次要提交的最新快照。
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 6. 颜色三缓冲
|
||||
|
||||
每个图有三个颜色缓冲：
|
||||
|
||||
```text
|
||||
colors[3]
|
||||
```
|
||||
|
||||
三个角色：
|
||||
|
||||
```text
|
||||
front_color
|
||||
ready_color
|
||||
render_color
|
||||
```
|
||||
|
||||
### front_color
|
||||
|
||||
```text
|
||||
Qt 主线程当前正在显示的颜色图。
|
||||
```
|
||||
|
||||
paintEvent 只画 front_color。
|
||||
|
||||
### ready_color
|
||||
|
||||
```text
|
||||
后台已经生成完成，等待 Qt 主线程消费的颜色图。
|
||||
```
|
||||
|
||||
ready_color 是后台发布和 GUI 消费之间的交接缓冲。
|
||||
|
||||
### render_color
|
||||
|
||||
```text
|
||||
CPU 后台线程正在写入的颜色图。
|
||||
```
|
||||
|
||||
CPU 写 render_color 时必须 mark_use。
|
||||
|
||||
写完后设置：
|
||||
|
||||
```text
|
||||
render_color.version = render_state.version
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
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||||
|
||||
## 7. CPU 计算流程
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||||
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||||
asio 调度线程提交任务前，先把 ready_state 切换成 render_state。
|
||||
|
||||
然后 CPU 任务执行：
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||||
|
||||
```text
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||||
mark_use(render_state)
|
||||
mark_use(render_color)
|
||||
读取 render_state
|
||||
计算像素
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||||
写入 render_color
|
||||
render_color.version = render_state.version
|
||||
unmark_use(render_color)
|
||||
unmark_use(render_state)
|
||||
post 完成事件到 asio 调度线程
|
||||
```
|
||||
|
||||
实际实现中，如果 mark_use (render_state) 已经在提交任务前完成，也可以把 lease 一起传给 CPU 任务，任务结束时释放 lease。
|
||||
|
||||
重点是：
|
||||
|
||||
```text
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||||
CPU 读取的 render_state 在任务期间不能被复用。
|
||||
CPU 写入的 render_color 在任务期间不能被发布。
|
||||
```
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||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 8. 颜色发布流程
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||||
|
||||
CPU 计算完成后，asio 调度线程发布颜色图。
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||||
|
||||
发布逻辑：
|
||||
|
||||
```text
|
||||
如果 render_color.version 新于 ready_color.version：
|
||||
swap_role(ready_color, render_color, Try 或 Wait)
|
||||
```
|
||||
|
||||
发布成功后：
|
||||
|
||||
```text
|
||||
如果 ready_color.version 新于 front_color.version：
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||||
scheduler->request_update()
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||||
|
||||
调度器：
|
||||
用 paint_request_pending 合并 update 请求
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||||
|
||||
paintEvent：
|
||||
如果 ready_color.version > front_color.version
|
||||
ready_color <-> front_color
|
||||
drawImage(front_color)
|
||||
|
||||
|
||||
缓冲对象固定分配，槽位只交换指针。
|
||||
版本号跟随缓冲对象，不单独跟随槽位。
|
||||
所有跨线程槽位交换必须加锁。
|
||||
锁内只允许做版本判断、指针交换、状态标记。
|
||||
锁内禁止做像素计算、内存分配、QImage 填充、drawImage。
|
||||
大活锁外做。
|
||||
锁内只换身份。
|
||||
```
|
||||
|
||||
这里的 ready_color 是交换后的新 ready_color。
|
||||
|
||||
request_update 不直接绘制，只是向 Qt 主线程请求下一次 update。
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 9. Qt 更新合并
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||||
|
||||
调度器使用 paint_request_pending 合并 update 请求。
|
||||
|
||||
语义：
|
||||
|
||||
```text
|
||||
paint_request_pending 表示已经有一个 update 请求在路上。
|
||||
```
|
||||
|
||||
它不表示是否有新图。
|
||||
|
||||
是否有新图仍然通过版本号判断：
|
||||
|
||||
```text
|
||||
ready_color.version 是否新于 front_color.version
|
||||
```
|
||||
|
||||
request_update 流程：
|
||||
|
||||
```text
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||||
如果 paint_request_pending == false：
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paint_request_pending = true
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投递 QWidget::update() 到 Qt 主线程
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```
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paintEvent 执行后：
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```text
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paint_request_pending = false
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```
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---
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## 10. paintEvent 流程
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paintEvent 不能等待。
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paintEvent 只能使用 Try 模式。
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流程：
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```text
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尝试 swap_role(front_color, ready_color, Try)
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如果成功：
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新 ready_color 被消费成 front_color
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如果失败：
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继续使用旧 front_color
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mark_use(front_color)
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drawImage(front_color)
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unmark_use(front_color)
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```
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paintEvent 的核心规则：
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```text
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不等待后台。
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不做 CPU 计算。
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不分配大内存。
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不填充 QImage。
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只消费 ready_color。
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只绘制 front_color。
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```
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如果 Qt paintEvent 保证单线程不重入，并且后台永远不写 front_color，front_color 的 mark_use 可以作为优化项省略。
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但从统一抽象上看，front_color 在 drawImage 期间属于被长时间读取的缓冲，最好仍然按 lease 模型处理。
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## 11. 协程定时器调度
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每个图可以由 asio 协程定时器驱动调度。
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定时器周期到来时，不一定立刻计算。
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它先判断版本：
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```text
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edit_state.version 是否新于 ready_state.version
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ready_state.version 是否新于 render_state.version
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当前 CPU 任务是否空闲
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当前图是否可见
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当前尺寸是否有效
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是否超过刷新频率限制
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```
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典型流程：
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```text
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如果 edit_state 新于 ready_state：
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快照 edit_state -> ready_state
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如果 ready_state 新于 render_state 且 CPU 任务空闲：
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ready_state <-> render_state
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提交 CPU 计算任务
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否则：
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等待下一个周期
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```
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这个机制天然跳过中间状态。
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例如：
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```text
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CPU 正在计算 version 100
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用户连续操作到 version 110
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ready_state 最终只保留 version 110
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CPU 完成 100 后，下一轮直接计算 110
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```
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图表库追求最新状态，不排旧帧队列。
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## 12. single-flight
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每个图同一时间只允许一个 CPU 计算任务。
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任务状态可以是：
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```text
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Idle
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Queued
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Running
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```
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规则：
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```text
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只有 Idle 才能提交新的 CPU 任务。
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Running 期间继续更新 edit_state 和 ready_state。
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Running 完成后，如果 ready_state 新于 render_state，再提交下一轮。
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```
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single-flight 的作用是：
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```text
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防止多个 CPU 任务同时读取/写入同一组缓冲。
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防止旧版本任务并发污染新版本结果。
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避免无意义的中间帧堆积。
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```
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## 13. 状态和颜色的完整版本链路
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版本链路是：
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```text
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edit_state.version
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↓ snapshot
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ready_state.version
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↓ swap ready/render
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render_state.version
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↓ CPU render
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render_color.version
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↓ swap render/ready
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ready_color.version
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↓ swap ready/front
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front_color.version
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```
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颜色版本不是独立生成的。
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颜色版本来自 render_state.version。
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也就是：
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```text
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render_color.version = render_state.version
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```
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这表示这张颜色图是由哪个状态版本计算出来的。
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## 14. 锁和无锁边界
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旧设计里的“加锁交换缓冲”可以替换成：
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```text
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缓冲控制器交换角色
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```
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缓冲控制器内部可以使用：
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```text
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atomic busy
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atomic slot_state
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CAS
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atomic_wait
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```
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Try 路径可以不使用 mutex。
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Wait 路径可以不使用 mutex，但会等待 atomic 状态变化。
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所以更准确的说法是：
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```text
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不是所有交换都必须用 mutex。
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交换必须通过缓冲控制器完成。
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控制器保证占用检查、角色确认和 CAS 交换的原子提交语义。
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```
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锁内原则可以改成控制器原则：
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```text
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大活在 lease 持有期间做。
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角色切换只通过 swap_role 做。
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swap_role 内部只做占用检查、版本条件判断、slot_state CAS。
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swap_role 内禁止像素计算、内存分配、QImage 填充、drawImage。
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```
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## 15. 最终核心规则
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```text
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缓冲对象固定分配。
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角色只通过 slot_state 映射。
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版本号跟随物理缓冲对象。
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每个缓冲可以被长时间占用。
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长时间使用前必须 mark_use。
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释放时必须 unmark_use lease。
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角色交换必须通过 swap_role。
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swap_role 必须返回明确成功或失败。
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Qt paintEvent 只使用 Try 模式。
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后台调度可以使用 Wait 模式。
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CPU 任务 single-flight。
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状态三缓冲负责输入侧交接。
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颜色三缓冲负责输出侧交接。
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```
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最终架构一句话：
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```text
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每个图使用两组三缓冲：状态三缓冲负责 edit/ready/render 的元数据交接，颜色三缓冲负责 render/ready/front 的像素交接；所有物理缓冲都有版本号和占用标记，所有角色切换都通过缓冲控制器以 CAS 方式提交，长时间读写通过 lease 保护。
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||||
```
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||||
@@ -76,7 +76,7 @@ QWidget* IntermediateFrequencyWidget::createSpectrogramPowerPlot() {
|
||||
mProgressBar1->mSetValue = [this]() {
|
||||
double middleFrequent = this->mSpectrogramLine->frequentRange().center();
|
||||
bool ok;
|
||||
this->mProgressBar1->mValue = mSpectrogramLine->getPower(middleFrequent, ok, YSG::SRC::Cache);
|
||||
this->mProgressBar1->mValue = mSpectrogramLine->getPower(middleFrequent, ok, YSG::SRC::Edit);
|
||||
};
|
||||
return w;
|
||||
}
|
||||
|
||||
@@ -72,7 +72,7 @@ QWidget* RadioWidget::createSpectrogramPowerPlot() {
|
||||
mProgressBar1->mSetValue = [this]() {
|
||||
double middleFrequent = this->mSpectrogramLine->frequentRange().center();
|
||||
bool ok;
|
||||
this->mProgressBar1->mValue = mSpectrogramLine->getPower(middleFrequent, ok, YSG::SRC::Cache);
|
||||
this->mProgressBar1->mValue = mSpectrogramLine->getPower(middleFrequent, ok, YSG::SRC::Edit);
|
||||
};
|
||||
return w;
|
||||
}
|
||||
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