初识Disruptor并发框架

一、什么是Disruptor

Martin Fowler在自己网站上写了一篇LMAX架构的文章，在文章中他介绍了LMAX是一种新型零售金融交易平台，它能够以很低的延迟产生大量交易。这个系统是建立在JVM平台上，其核心是一个业务逻辑处理器，它能够在一个线程里每秒处理6百万订单。业务逻辑处理器完全是运行在内存中，使`用事件源驱动方式。业务逻辑处理器的核心是Disruptor。Disruptor它是一个开源的并发框架，并获得2011 Duke’s 程序框架创新奖，能够在无锁的情况下实现网络的Queue并发操作。Disruptor是一个高性能的异步处理框架，或者可以认为是最快的消息框架（轻量的JMS），也可以认为是一个观察者模式的实现，或者事件监听模式的实现。在使用之前，首先说明disruptor主要功能加以说明，你可以理解为他是一种高效的"生产者-消费者"模型。也就性能远远高于传统的BlockingQueue容器。在JDK的多线程与并发库一文中, 提到了BlockingQueue实现了生产者-消费者模型 BlockingQueue是基于锁实现的, 而锁的效率通常较低. 有没有使用CAS机制实现的生产者-消费者 Disruptor就是这样.Disruptor使用观察者模式, 主动将消息发送给接收者(相当于消费者), 而不是等接收者从队列中取; 在无锁的情况下, 实现queue(环形, RingBuffer)的并发操作, 性能远高于BlockingQueue

二、Disruptor实现特征

实现低延迟的细节就是在Disruptor中利用无锁的算法，所有内存的可见性和正确性都是利用内存屏障或者CAS操作。使用CAS来保证多线程安全,与大部分并发队列使用的锁相比，CAS显然要快很多。CAS是CPU级别的指令，更加轻量，不必像锁一样需要操作系统提供支持，所以每次调用不需要在用户态与内核态之间切换，也不需要上下文切换。只有一个用例中锁是必须的，那就是BlockingWaitStrategy（阻塞等待策略），唯一的实现方法就是使用Condition实现消费者在新事件到来前等待。许多低延迟系统使用忙等待去避免Condition的抖动，然而在系统忙等待的操作中，性能可能会显著降低，尤其是在CPU资源严重受限的情况下，例如虚拟环境下的WEB服务器。

三、Disruptor的核心概念

3.1、RingBuffer

如其名，环形的缓冲区。曾经 RingBuffer 是 Disruptor 中的最主要的对象，但从3.0版本开始，其职责被简化为仅仅负责对通过 Disruptor 进行交换的数据（事件）进行存储和更新。在一些更高级的应用场景中，Ring Buffer 可以由用户的自定义实现来完全替代。

1.优点：Ringbuffer采用这种数据结构，是因为它在可靠消息传递方面有很好的性能。这就够了，不过它还有一些其他的优点。首先，因为它是数组，所以要比链表快，而且有一个容易预测的访问模式。（译者注：数组内元素的内存地址的连续性存储的）。这是对CPU缓存友好的—也就是说，在硬件级别，数组中的元素是会被预加载的，因此在ringbuffer当中，cpu无需时不时去主存加载数组中的下一个元素。（校对注：因为只要一个元素被加载到缓存行，其他相邻的几个元素也会被加载进同一个缓存行）。其次，你可以为数组预先分配内存，使得数组对象一直存在（除非程序终止）。这就意味着不需要花大量的时间用于垃圾回收。此外，不像链表那样，需要为每一个添加到其上面的对象创造节点对象—对应的，当删除节点时，需要执行相应的内存清理操作。

2.RingBuffer底层实现：RingBuffer是一个首尾相连的环形数组，所谓首尾相连，是指当RingBuffer上的指针越过数组是上界后，继续从数组头开始遍历。因此，RingBuffer中至少有一个指针，来表示RingBuffer中的操作位置。另外，指针的自增操作需要做并发控制，Disruptor和本文的OptimizedQueue都使用CAS的乐观并发控制来保证指针自增的原子性，关于乐观并发控制之后会着重介绍。 Disruptor中的RingBuffer上只有一个指针，表示当前RingBuffer上消息写到了哪里，此外，每个消费者会维护一个sequence表示自己在RingBuffer上读到哪里，从这个角度讲，Disruptor中的RingBuffer上实际有消费者数+1个指针。由于我们要实现的是一个单消息单消费的阻塞队列，只要维护一个读指针（对应消费者）和一个写指针（对应生产者）即可，无论哪个指针，每次读写操作后都自增一次，一旦越界，即从数组头开始继续读写

3.2、SequenceDisruptor

通过顺序递增的序号来编号管理通过其进行交换的数据（事件），对数据(事件)的处理过程总是沿着序号逐个递增处理。一个 Sequence 用于跟踪标识某个特定的事件处理者( RingBuffer/Consumer )的处理进度。虽然一个 AtomicLong 也可以用于标识进度，但定义 Sequence 来负责该问题还有另一个目的，那就是防止不同的 Sequence 之间的CPU缓存伪共享(Flase Sharing)问题。（注：这是 Disruptor 实现高性能的关键点之一，网上关于伪共享问题的介绍已经汗牛充栋，在此不再赘述）。

Sequencer

Sequencer 是 Disruptor 的真正核心。此接口有两个实现类 SingleProducerSequencer、MultiProducerSequencer ，它们定义在生产者和消费者之间快速、正确地传递数据的并发算法。

Sequence Barrier

用于保持对RingBuffer的 main published Sequence 和Consumer依赖的其它Consumer的 Sequence 的引用。 Sequence Barrier 还定义了决定 Consumer 是否还有可处理的事件的逻辑。

Wait Strategy

定义 Consumer 如何进行等待下一个事件的策略。 （注：Disruptor 定义了多种不同的策略，针对不同的场景，提供了不一样的性能表现）

Event

在 Disruptor 的语义中，生产者和消费者之间进行交换的数据被称为事件(Event)。它不是一个被 Disruptor 定义的特定类型，而是由 Disruptor 的使用者定义并指定。

EventProcessor

EventProcessor 持有特定消费者(Consumer)的 Sequence，并提供用于调用事件处理实现的事件循环(Event Loop)。

EventHandler

Disruptor 定义的事件处理接口，由用户实现，用于处理事件，是 Consumer 的真正实现。

Producer

即生产者，只是泛指调用 Disruptor 发布事件的用户代码，Disruptor 没有定义特定接口或类型。

四:实例Disruptor实现读写操作

4.1.Pom引入Maven依赖信息

		
			com.lmax
			disruptor
			3.2.1
		
	

4.2、声明一个Event来包含需要传递的数据

public class DisruptorEvent {

    private String name;

    private String value;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getValue() {
        return value;
    }

    public void setValue(String value) {
        this.value = value;
    }
}

4.3、声明EventFactory实例化Event对象

public class DisruptorEventFactory implements EventFactory {

    public DisruptorEvent newInstance() {
        return new DisruptorEvent();
    }
}

4.4、创建消息发送者

public class DisruptorEventProducer {

    public final RingBuffer ringBuffer;

    public DisruptorEventProducer(RingBuffer ringBuffer) {
        this.ringBuffer = ringBuffer;
    }

    public void onData(DisruptorEvent producerEvent) {
        // 1.ringBuffer 事件队列 下一个槽
        long sequence = ringBuffer.next();

        try {
            //2.取出空的事件队列
            DisruptorEvent stringEvent = ringBuffer.get(sequence);
            //3.获取事件队列传递的数据
            stringEvent.setName(producerEvent.getName());
            stringEvent.setValue(producerEvent.getValue());
        } catch (Exception e) {

        } finally {
            System.out.println("生产者准备发送数据");
            //4.发布事件
            ringBuffer.publish(sequence);

        }

    }
}

4.5、创建消息接收者

public class DisruptorEventHandler implements EventHandler {

    public void onEvent(DisruptorEvent stringEvent, long l, boolean b) throws Exception {
        System.out.println("读取数据 name:"+stringEvent.getName()+"----value:"+stringEvent.getValue());
    }
}

4.6、创建测试类

public class DisruptorApp {

    public static void main(String[] args) {
        // 1.创建一个可缓存的线程 提供线程来处理发送消息 的事件处理
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
        // 2.创建Factory工厂来实例化Event
        DisruptorEventFactory factory = new DisruptorEventFactory();
        // 3.创建ringBuffer 大小
        int ringBufferSize = 1024 * 1024; // ringBufferSize大小一定要是2的N次方
        // 4.创建Disruptor
        Disruptor disruptor = new Disruptor(factory, ringBufferSize, executor, ProducerType.MULTI, new YieldingWaitStrategy());
        // 5.初始化接收消费端 等待发送端发送消息。可以只当多个接收端
        EventHandlerGroup handlerGroup = disruptor.handleEventsWith(new DisruptorEventHandler());
        // handlerGroup.then(new DisruptorEventOneHandler());// then方法可以指定那个接收消息先接收
        disruptor.start();
        // 7.创建RingBuffer容器
        RingBuffer ringBuffer = disruptor.getRingBuffer();
        // 8.创建发送消息
        DisruptorEventProducer eventProducer = new DisruptorEventProducer(ringBuffer);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            DisruptorEvent producerEvent=new DisruptorEvent();
            producerEvent.setName("怜花魂"+i);
            producerEvent.setValue("王者"+i+"星");
            eventProducer.onData(producerEvent);
        }
        executor.shutdown();
        disruptor.shutdown();
    }
}

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