Disruptor并发框架学习笔记--01

Disruptor并发框架学习

简介

• Disruptor是英国外汇交易公司LMAX开发的一个高性能队列，研发的初衷是解决内存队列的延迟问题。与Kafka(Apache Kafka)、RabbitMQ(RabbitMQ)用于服务间的消息队列不同，disruptor一般用于线程间消息的传递。基于Disruptor开发的系统单线程能支撑每秒600万订单。
• disruptor是用于一个JVM中多个线程之间的消息队列，作用与ArrayBlockingQueue有相似之处，但是disruptor从功能、性能都远好于ArrayBlockingQueue，当多个线程之间传递大量数据或对性能要求较高时，可以考虑使用disruptor作为ArrayBlockingQueue的替代者。
• 核心概念：
  • RingBuffer 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。
  • Sequence Disruptor
    • 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。
  • Sequence
    • 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。
• 执行简图：

• 使用步骤：

  • 创建Event类对象（数据对象）

    • 事件(Event)就是通过 Disruptor 进行交换的数据类型。

    •   public class MessageEvent {
        	private AsyncEvent asyncEvent;
            //TODO Getter/Setter 方法
        }
      

  • 建立一个生产数据的工厂类，EventFactory，用于生产数据

    • 事件工厂(Event Factory)定义了如何实例化前面第1步中定义的事件(Event)，需要实现接口 com.lmax.disruptor.EventFactory。
    • Disruptor 通过 EventFactory 在 RingBuffer 中预创建 Event 的实例。
    • 一个 Event 实例实际上被用作一个“数据槽”，发布者发布前，先从 RingBuffer 获得一个 Event 的实例，然后往 Event 实例中填充数据，之后再发布到 RingBuffer 中，之后由 Consumer 获得该 Event 实例并从中读取数据。

    •   public class MessageEventFactory implements EventFactory {
        	@Override
        	public MessageEvent newInstance() {
        		return new MessageEvent();
        	}
        }
      

  • 定义事件处理的具体实现

    • 通过实现接口 com.lmax.disruptor.EventHandler 定义事件处理的具体实现。

    •   public abstract class MessageEventHandler implements EventHandler{
            public void onEvent(MessageEvent event, long sequence, boolean endOfBatch){
                this.handleEvent(event.getAsyncEvent().toString());
            }
            public abstract void handleEvent(String event) throws Exception;
        }
      

  • 定义用于事件处理的线程池

    • Disruptor 通过 java.util.concurrent.ExecutorService 提供的线程来触发 Consumer 的事件处理。

    •   ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
      

  • 指定等待策略

    • Disruptor 定义了 com.lmax.disruptor.WaitStrategy 接口用于抽象 Consumer 如何等待新事件，这是策略模式的应用。
    • Disruptor 提供了多个 WaitStrategy 的实现，每种策略都具有不同性能和优缺点，根据实际运行环境的 CPU 的硬件特点选择恰当的策略，并配合特定的 JVM 的配置参数，能够实现不同的性能提升。
      • BlockingWaitStrategy 是最低效的策略，但其对CPU的消耗最小并且在各种不同部署环境中能提供更加一致的性能表现；
      • SleepingWaitStrategy 的性能表现跟 BlockingWaitStrategy 差不多，对 CPU 的消耗也类似，但其对生产者线程的影响最小，适合用于异步日志类似的场景；
      • YieldingWaitStrategy 的性能是最好的，适合用于低延迟的系统。在要求极高性能且事件处理线数小于 CPU 逻辑核心数的场景中，推荐使用此策略；例如，CPU开启超线程的特性。

    •   WaitStrategy BLOCKING_WAIT = new BlockingWaitStrategy();
        WaitStrategy SLEEPING_WAIT = new SleepingWaitStrategy();
        WaitStrategy YIELDING_WAIT = new YieldingWaitStrategy();
      

  • 实例化Disruptor，配置参数，绑定事件

    •   EventFactory eventFactory = new MessageEventFactory();
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        int ringBufferSize = 1024 * 1024; // RingBuffer 大小，必须是 2 的 N 次方；
      
        Disruptor disruptor = new Disruptor(eventFactory,
                        ringBufferSize, executor, ProducerType.SINGLE,
                        new YieldingWaitStrategy());
      
        EventHandler eventHandler = new MessageEventHandler();
        disruptor.handleEventsWith(eventHandler);
      
        disruptor.start();
      
      

  • 发布事件：

    • Disruptor 的事件发布过程是一个两阶段提交的过程：
      • 第一步：先从 RingBuffer 获取下一个可以写入的事件的序号；
      • 第二步：获取对应的事件对象，将数据写入事件对象；
      • 第三部：将事件提交到 RingBuffer;
    • 事件只有在提交之后才会通知 EventProcessor 进行处理；

    •   public class MessageEventProducer {
      
        	private final RingBuffer ringBuffer;
      
        	public MessageEventProducer(RingBuffer ringBuffer) {
        		this.ringBuffer = ringBuffer;
        	}
      
        	public void onData(final AsyncEvent asyncEvent) {
        		long sequence = ringBuffer.next();  // Grab the next sequence
        		try {
        			MessageEvent event = ringBuffer.get(sequence); // Get the entry in the Disruptor
        			event.setAsyncEvent(asyncEvent);
        		} finally {
        		    //注：ringBuffer.publish 方法必须包含在 finally 中以确保必须得到调用；如果某个请求的 sequence 未被提交，将会堵塞后续的发布操作或者其它的 producer。
        			ringBuffer.publish(sequence);
        		}
        	}
        }
      

  • 关闭 Disruptor：

    • 优雅的关闭：

    •   Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new ShutdownHandler());
      
        private class ShutdownHandler extends Thread {
        		@Override
        		public void run() {
        			if (disruptor != null) {
        				disruptor.shutdown();
        			}
        			disconnect();
        		}
        	}
        //executor 关闭
        private void disconnect() {
        		if (executor != null && executor.isConnected()) {
        			try {
        				executor.shutdown();//关闭 disruptor 使用的线程池；如果需要的话，必须手动关闭， disruptor 在 shutdown 时不会自动关闭；
        			} catch (Exception e) {
        				logger.error("executor Client disconnect failed ! ", e);
        			}
        		}
        	}