初识Disruptor

Disruptor是什么？

Disruptor是一个高性能的异步处理框架，或者可以认为是线程间通信的高效低延时的内存消息组件，它最大特点是高性能，其LMAX架构可以获得每秒6百万订单，用1微秒的延迟获得吞吐量为100K+。
它是如何实现高性能的呢？它由于JDK内置的队列有什么区别呢？

JDK内置内存队列？

我们知道，Java内置了几种内存消息队列，如下所示：

队列	加锁方式	是否有界	数据结构
ArrayBlockingQueue	加锁	有界	ArrayList
LinkedBlockingQueue	加锁	无界	LinkedList
ConcurrentLinkedQueue	CAS	无界	LinkedList
LinkedTransferQueue	CAS	无界	LinkedList

我们知道CAS算法比通过加锁实现同步性能高很多，而上表可以看出基于CAS实现的队列都是无界的，而有界队列是通过同步实现的。在系统稳定性要求比较高的场景下，为了防止生产者速度过快，如果采用无界队列会最终导致内存溢出，只能选择有界队列。
而有界队列只有ArrayBlockingQueue，该队列是通过加锁实现的，在请求锁和释放锁时对性能开销很大，这时候基于有界队列的高性能的Disruptor就应运而生。

Disruptor如何实现高性能？

Disruptor实现高性能主要体现了去掉了锁，采用CAS算法，同时内部通过环形队列实现有界队列。

• 环形数据结构
  为了避免垃圾回收，采用数组而非链表。同时，数组对处理器的缓存机制更加友好。
• 元素位置定位
  数组长度2^n，通过位运算，加快定位的速度。下标采取递增的形式。不用担心index溢出的问题。index是long类型，即使100万QPS的处理速度，也需要30万年才能用完。
• 无锁设计
  每个生产者或者消费者线程，会先申请可以操作的元素在数组中的位置，申请到之后，直接在该位置写入或者读取数据。整个过程通过原子变量CAS，保证操作的线程安全。

Disruptor可以用来做什么？

当前业界开源组件使用Disruptor的包括Log4j2、Apache Storm等，它可以用来作为高性能的有界内存队列，基于生产者消费者模式，实现一个/多个生产者对应多个消费者。它也可以认为是观察者模式的一种实现，或者发布订阅模式。

 

生产者消费者.png

同时，Disruptor还允许开发者使用多线程技术去创建基于任务的工作流。Disruptor能用来并行创建任务，同时保证多个处理过程的有序性，并且它是没有锁的。

工作流.png

 

为什么要使用Disruptor？

使用Disruptor，主要用于对性能要求高、延迟低的场景，它通过“榨干”机器的性能来换取处理的高性能。如果你的项目有对性能要求高，对延迟要求低的需求，并且需要一个无锁的有界队列，来实现生产者/消费者模式，那么Disruptor是你的不二选择。

怎么用Disruptor？

要学会基于Disruptor进行编程，我们先了解下大概流程示意图，其中绿色部分是表示我们需要编写和实现的类。

 

Disruptor执行简图(2).png

下面我们实现一个简单的用例，生产者负责将输入的字符串输出到队列，消费者负责打印出来。

public class DisruptorTest {
    /**
     * 消息事件类
     */
    public static class MessageEvent{
        /**
         * 原始消息
         */
        private String message;

        public String getMessage() {
            return message;
        }

        public void setMessage(String message) {
            this.message = message;
        }
    }

    /**
     * 消息事件工厂类
     */
    public static class MessageEventFactory implements EventFactory{
        @Override
        public MessageEvent newInstance() {
            return new MessageEvent();
        }
    }

    /**
     * 消息转换类，负责将消息转换为事件
     */
    public static class MessageEventTranslator implements EventTranslatorOneArg {
        @Override
        public void translateTo(MessageEvent messageEvent, long l, String s) {
            messageEvent.setMessage(s);
        }
    }

    /**
     * 消费者线程工厂类
     */
    public static class MessageThreadFactory implements ThreadFactory{
        @Override
        public Thread newThread(Runnable r) {
            return new Thread(r,"Simple Disruptor Test Thread");
        }
    }

    /**
     * 消息事件处理类，这里只打印消息
     */
    public static class MessageEventHandler implements EventHandler{
        @Override
        public void onEvent(MessageEvent messageEvent, long l, boolean b) throws Exception {
            System.out.println(messageEvent.getMessage());
        }
    }

    /**
     * 异常处理类
     */
    public static class MessageExceptionHandler implements ExceptionHandler{
        @Override
        public void handleEventException(Throwable ex, long sequence, MessageEvent event) {
            ex.printStackTrace();
        }

        @Override
        public void handleOnStartException(Throwable ex) {
            ex.printStackTrace();

        }

        @Override
        public void handleOnShutdownException(Throwable ex) {
            ex.printStackTrace();

        }
    }

    /**
     * 消息生产者类
     */
    public static class MessageEventProducer{
        private RingBuffer ringBuffer;

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

        /**
         * 将接收到的消息输出到ringBuffer
         * @param message
         */
        public void onData(String message){
            EventTranslatorOneArg translator = new MessageEventTranslator();
            ringBuffer.publishEvent(translator,message);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        String message = "Hello Disruptor!";
        int ringBufferSize = 1024;//必须是2的N次方
        Disruptor disruptor = new Disruptor(new MessageEventFactory(),ringBufferSize,new MessageThreadFactory(),ProducerType.SINGLE,new BlockingWaitStrategy());
        disruptor.handleEventsWith(new MessageEventHandler());
        disruptor.setDefaultExceptionHandler(new MessageExceptionHandler());
        RingBuffer ringBuffer = disruptor.start();
        MessageEventProducer producer = new MessageEventProducer(ringBuffer);
        producer.onData(message);
    }
}