Disruptor

背景

工作中遇到项目使用 Disruptor 做消息队列,对你没看错,不是 Kafka,也不是 rabbitmq;Disruptor 有个最大的优点就是快,还有一点它是开源的哦,下面做个简单的记录.

Disruptor 的 github 主页：https://github.com/LMAX-Exchange/disruptor 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（在性能测试中发现竟然与 I/O 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 QCon 演讲后，获得了业界关注。

Disruptor 是一个开源的 Java 框架，它被设计用于在生产者—消费者（producer-consumer problem，简称 PCP）问题上获得尽量高的吞吐量（TPS）和尽量低的延迟。
从功能上来看，Disruptor 是实现了“队列”的功能，而且是一个有界队列。那么它的应用场景自然就是“生产者-消费者”模型的应用场合了。
Disruptor 是 LMAX 在线交易平台的关键组成部分，LMAX 平台使用该框架对订单处理速度能达到 600 万 TPS，除金融领域之外，其他一般的应用中都可以用到 Disruptor，它可以带来显著的性能提升。
实 Disruptor 与其说是一个框架，不如说是一种设计思路，这个设计思路对于存在“并发、缓冲区、生产者—消费者模型、事务处理”这些元素的程序来说，Disruptor 提出了一种大幅提升性能（TPS）的方案。

Disruptor 的核心概念

先从了解 Disruptor 的核心概念开始，来了解它是如何运作的。下面介绍的概念模型，既是领域对象，也是映射到代码实现上的核心对象。

Ring Buffer

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。

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。

（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。

案例-demo

通过下面几个个步骤,你就能将 Disruptor Get 回家啦：

1、添加 pom.xml 依赖

<dependency>
    <groupId>com.lmax</groupId>
    <artifactId>disruptor</artifactId>
    <version>3.4.4</version>
</dependency>

2、消息体 Model

import lombok.Data;

/**
 * 消息体
 */
@Data
public class MessageModel {
  private String message;
}

3、构造 EventFactory

import com.litongjava.tio.boot.demo.disruptor.model.MessageModel;
import com.lmax.disruptor.EventFactory;

public class HelloEventFactory implements EventFactory<MessageModel> {

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

4、构造 EventHandler-消费者

import com.litongjava.tio.boot.demo.disruptor.model.MessageModel;
import com.lmax.disruptor.EventHandler;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j
public class HelloEventHandler implements EventHandler<MessageModel> {
  public void onEvent(MessageModel event, long sequence, boolean endOfBatch) {
    try {
      // 这里停止1000ms是为了确定消费消息是异步的
      Thread.sleep(1000);
      log.info("消费者处理消息开始");
      if (event != null) {
        log.info("消费者消费的信息是：{}", event);
      }
    } catch (Exception e) {
      log.info("消费者处理消息失败");
    }
    log.info("消费者处理消息结束");
  }
}

5、构造 DisruptorConfiguration

package com.litongjava.tio.boot.demo.disruptor.config;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

import com.litongjava.jfinal.aop.annotation.ABean;
import com.litongjava.jfinal.aop.annotation.AConfiguration;
import com.litongjava.tio.boot.demo.disruptor.factory.HelloEventFactory;
import com.litongjava.tio.boot.demo.disruptor.handler.HelloEventHandler;
import com.litongjava.tio.boot.demo.disruptor.model.MessageModel;
import com.litongjava.tio.boot.server.TioBootServer;
import com.lmax.disruptor.BlockingWaitStrategy;
import com.lmax.disruptor.RingBuffer;
import com.lmax.disruptor.dsl.Disruptor;
import com.lmax.disruptor.dsl.ProducerType;

@AConfiguration
public class DisruptorConfiguration {
  @ABean
  public RingBuffer<MessageModel> messageModelRingBuffer() {
    // 定义用于事件处理的线程池， Disruptor通过java.util.concurrent.ExecutorSerivce提供的线程来触发consumer的事件处理
    ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
    // 指定事件工厂
    HelloEventFactory factory = new HelloEventFactory();
    // 指定ringbuffer字节大小，必须为2的N次方（能将求模运算转为位运算提高效率），否则将影响效率
    int bufferSize = 1024 * 256;

    BlockingWaitStrategy waitStrategy = new BlockingWaitStrategy();
    // 单线程模式，获取额外的性能
    @SuppressWarnings("deprecation")
    Disruptor<MessageModel> disruptor = new Disruptor<>(factory, bufferSize, executor, ProducerType.SINGLE,
        waitStrategy);
    // 设置事件业务处理器---消费者
    disruptor.handleEventsWith(new HelloEventHandler());
    // 启动disruptor线程
    disruptor.start();
    // 获取ringbuffer环，用于接取生产者生产的事件
    RingBuffer<MessageModel> ringBuffer = disruptor.getRingBuffer();
    // 关闭程序时关闭时disruptor
    TioBootServer.me().addDestroyMethod(disruptor::shutdown);
    return ringBuffer;
  }

}

6、构造 Mqservice 和实现类-生产者

public interface DisruptorMqService {
  /**
   * 消息
   * @param message
   */
  void sayHelloMq(String message);
}

import com.litongjava.jfinal.aop.annotation.AAutowired;
import com.litongjava.jfinal.aop.annotation.AService;
import com.litongjava.tio.boot.demo.disruptor.model.MessageModel;
import com.lmax.disruptor.RingBuffer;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j
@AService
public class DisruptorMqServiceImpl implements DisruptorMqService {

  @AAutowired
  private RingBuffer<MessageModel> messageModelRingBuffer;

  public void sayHelloMq(String message) {
    log.info("record the message: {}", message);
    // 获取下一个Event槽的下标
    long sequence = messageModelRingBuffer.next();
    try {
      // 给Event填充数据
      MessageModel event = messageModelRingBuffer.get(sequence);
      event.setMessage(message);
      log.info("往消息队列中添加消息：{}", event);
    } catch (Exception e) {
      log.error("failed to add event to messageModelRingBuffer for : e = {},{}", e, e.getMessage());
    } finally {
      // 发布Event，激活观察者去消费，将sequence传递给改消费者
      // 注意最后的publish方法必须放在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他的producer
      messageModelRingBuffer.publish(sequence);
    }
  }
}

8、构造测试类及方法

package com.litongjava.tio.boot.demo.disruptor.service;

import org.junit.Before;
import org.junit.Test;

import com.litongjava.jfinal.aop.Aop;
import com.litongjava.tio.boot.demo.disruptor.HelloApp;
import com.litongjava.tio.boot.tesing.TioBootTest;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j
public class DisruptorMqServiceImplTest {

  @Before
  public void before() throws Exception {
    //TioBootTest.before();
    TioBootTest.scan(HelloApp.class);
  }

  /**
   * 项目内部使用Disruptor做消息队列
   * @throws Exception
   */
  @Test
  public void sayHelloMqTest() throws Exception {
    DisruptorMqService disruptorMqService = Aop.get(DisruptorMqService.class);
    // send
    disruptorMqService.sayHelloMq("消息到了，Hello world!");
    log.info("消息队列已发送完毕");
    // 这里停止2000ms是为了确定是处理消息是异步的
    Thread.sleep(2000);
  }
}

测试运行结果

11:49:13.605 [main] INFO com.litongjava.jfinal.aop.scaner.ComponentScanner - resource:file:/D:/dev_workspace/eclipse-jee-2022-6/tio-boot-disruptor-demo01/target/test-classes/com/litongjava/tio/boot/demo/disruptor
11:49:13.609 [main] INFO com.litongjava.jfinal.aop.scaner.ComponentScanner - resource:file:/D:/dev_workspace/eclipse-jee-2022-6/tio-boot-disruptor-demo01/target/classes/com/litongjava/tio/boot/demo/disruptor
11:49:13.663 [main] INFO com.litongjava.jfinal.aop.process.ConfigurationAnnotaionProcess - start init config bean:public com.lmax.disruptor.RingBuffer com.litongjava.tio.boot.demo.disruptor.config.DisruptorConfiguration.messageModelRingBuffer()
11:49:13.731 [main] INFO com.litongjava.tio.boot.demo.disruptor.service.DisruptorMqServiceImpl - record the message: 消息到了，Hello world!
11:49:13.731 [main] INFO com.litongjava.tio.boot.demo.disruptor.service.DisruptorMqServiceImpl - 往消息队列中添加消息：MessageModel(message=消息到了，Hello world!)
11:49:13.731 [main] INFO com.litongjava.tio.boot.demo.disruptor.service.DisruptorMqServiceImplTest - 消息队列已发送完毕
11:49:14.739 [pool-1-thread-1] INFO com.litongjava.tio.boot.demo.disruptor.handler.HelloEventHandler - 消费者处理消息开始
11:49:14.739 [pool-1-thread-1] INFO com.litongjava.tio.boot.demo.disruptor.handler.HelloEventHandler - 消费者消费的信息是：MessageModel(message=消息到了，Hello world!)
11:49:14.739 [pool-1-thread-1] INFO com.litongjava.tio.boot.demo.disruptor.handler.HelloEventHandler - 消费者处理消息结束

总结

其实生成者 -> 消费者模式是很常见的，通过一些消息队列也可以轻松做到上述的效果。不同的地方在于，Disruptor 是在内存中以队列的方式去实现的，而且是无锁的。这也是 Disruptor 为什么高效的原因。

测试代码地址 https://github.com/litongjava/java-ee-tio-boot-study/tree/main/tio-boot-latest-study/tio-boot-disruptor-demo01

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