【数据结构】Disruptor环形数组无锁并发框架阅读

Disruptor 是苹国外厂本易公司LMAX开发的一个高件能列，研发的初夷是解决内存队列的延识问顾在性能测试中发现竟然与10操作处于同样的数量级)，基于Disruptor开发的系统单线程能支撑每秒600万订单，2010年在QCn演讲后，获得了业界关注，201年，企业应用软件专家Martin Fower专门撰写长文介绍。同年它还获得了Oradle官方的Duke大奖。目前，包括Apache StomCame、 L0g4 2在内的很多知名项目都应用了Disrupior以获取高性能。注意，这里所说的队列是系统内部的内存队列，而不是Kaka这样的分布式队列。
Github: https://github.com/LMAX-Exchange/disruptor
Disruptor实现了队列的功能并且是一个有界队列，可以用于生产者-消费者模型。

Disruptor的设计方案

Disruptor通过以下设计来解决队列速度慢的问题:

环形数组结构

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(空间局部性原理)。

元素位置定位

数组长度2n，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ong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。

利用缓存行填充解决了伪共享的问题

利用缓存行填充，定义了可为null的七个元素填充一个空的缓存行。

​​​​​​​protected long p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7;

实现了基于事件驱动的生产者消费者模型 (观察者模式)

消费者时刻关注着队列里有没有消息，一旦有新消息产生，消费者线程就会立刻把它消费

RingBuffer数据结构

使用RinaBufer来作为队列的数据结构，RinaBuffer就是一个可自定义大小的环形数组。除数组外还有一个席列号(seouence)，用以指向下一个可用的元素，供生产者与消费者使用，原理图如下：

 

Disrupior要求没置数组长度为2的次幕。

在知道索引(ndex)下标的情况下，存与取数组上的元素时间复杂度只有0(1)，而这个index我们可以通过序列号与数组长度取模来计算得出，index=sequence % entries.length。也可以用位运算来计算效率更高,此时aray.length必须是2的幂次方， index=sequeoe&(entres.length-1)

当所有位置都放满了，再放下一个时，就会把0号位置覆盖掉。

问题: 能覆盖数据是否会导致数据丢失呢?
要覆盖数据时，会执行一个策略，Disruptor给提供多种策略，比较常用的:

1，BlockingWaistrategy策路

常见且默认的等待策略，当这个队列里满了，不执行覆盖，而是阻塞等待，使用ReenranLock+Condition实现阻塞，最节省COU，但高并发场景下性能最差。适合CPU资源紧缺，吞吐量和延迟并不重要的场景。

2，Sleepinowaitstraterv策略

会在循环中不新等待数先进行自等待如果不功，则使用Thread,veld让出CPU 并最终使用LockSuppor.parkNanos(1L)进行线程休眠，以确保不占用太多的CPU资源。因此这个策略会产生比较高的平均延时。典型的应用场景就是异步日志。

3，YeldingWaistrate策略

这个策略用于低延时的场合。消费者线程会不新循环监控缓中区变化，在循环内部使用Thread,yed0让出CPU别的线理执行时间。如果要一个高性能的系统，并且对延时比较有严格的要求，可以考虑这种策略。

4，BusySpinwaitstrategy策略

 采用死盾环，消费者线程会尽最大努力监控缓冲区的变化。对证时北常苛刻的场是使用。CPU核数以须大于消费者线理数量。推荐在线程绑定到固定的CPU的场景下使用。

Disruptor 核心概概念

RingBuffer (环形缓冲区): 基于数组的内存级别缓存，是创建sequencer(序号)与定义WaitStrategy(拒绝策略)的入口。
Disruptor (总体执行入口): 对RingBuffer的封装，持有RingBuffer、消费者线程池Executor、消费之集合ConsumerRepositorv等引用。
Sequence (序号分配器) :
对RingBufer中的元素进行序号标记，通过顺序递增的方式来管理进行交换的数据(事件EVent)，一个Sequence可以跟踪标识某个事件的处理
进度，同时还能消除伪共享。
Sequencer (数据传输器) :Sequencer里面包含了Sequence，是Disruptor的核心，Seauencer有两个实现类: SingleProducerSequencer(单生产者实现)MultiProducerSeguencer(多生产者实现)，Seguencer主要作用是实现生产者和消费者之间快速、正确传递数据的并发算法SequenceBarier(消费者屏): 用于控制RingBufer的Producer和Consumer之间的平衡关系，并且决定了Consumer是否还有可处理的事件的逻辑。WaitStrategy(消费者等待策略): 决定了消费者如何等待生产者将Event生产进Disruptor，WaitStrategy有多种实现策略Event: 从生产者到消费者过程中所处理的数据单元，Event由使用者自定义。
EventHandler: 由用户自定义实现，就是我们写消费者逻辑的地方，代表了Disruptor中的一个消费者的接口。
EventProcessor:这是个事件处理器接口，实现了Runnable，处理主要事件循环，处理Event，拥有消费者的Sequence 。