circular buffer(ring buffer)란 무엇이며, 언제 사용하나요?

Question

Accepted Answer

**circular buffer(원형 버퍼)**는 양 끝이 고리로 이어진 것처럼 다뤄지는 고정 크기 array입니다. 두 인덱스인 **head(읽기)**와 **tail(쓰기)**가 모듈로 연산을 사용해 진행하며 감싸 돌아가, 생성 후 **할당 없이** O(1) FIFO 큐를 제공합니다.

## 감싸기(wrapping)가 동작하는 방식

```text
용량 5, A,B,C,D를 쓰고 A,B를 읽은 후:
index:  0   1   2   3   4
      [ . ][ . ][ C ][ D ][ . ]
              head^       tail^   (tail은 다음 쓰기에서 0으로 감싸 돌아감)
```

## 코드

```python
class RingBuffer:
    def __init__(self, n):
        self.buf = [None]*n
        self.head = self.tail = self.size = 0
        self.cap = n
    def enqueue(self, x):                  # O(1)
        if self.size == self.cap: raise Exception("full")
        self.buf[self.tail] = x
        self.tail = (self.tail + 1) % self.cap   # 감싸기
        self.size += 1
    def dequeue(self):                     # O(1)
        x = self.buf[self.head]
        self.head = (self.head + 1) % self.cap    # 감싸기
        self.size -= 1
        return x
```

| 연산 | 시간 |
|---|---|
| enqueue / dequeue | O(1) |
| 공간 | O(n) 고정 |

## 언제 사용할까

- **스트리밍 / 오디오 / 비디오 버퍼** — 제한된, 안정적인 처리량.
- **생산자-소비자** 파이프라인의 배압(backpressure).
- **최근 N개 이벤트 로깅**(가장 오래된 것 덮어쓰기).

## 왜 중요한가

ring buffer는 예측 가능하고 할당이 없는 FIFO 동작을 제공하며, 이는 동적 할당이 너무 느리거나 위험한 실시간 및 임베디드 시스템에 필수적입니다.

제한된 크기는 또한 자연스러운 배압 역할을 하여, 빠른 생산자가 메모리를 고갈시키는 것을 방지합니다.