disruptor 二

以你之姓@ 2022-09-24 09:30 176阅读 0赞

## Intruduction ##

关于吹牛逼的话就不说了。。。Disruptor是Java实现的用于线程间通信的消息组件。其核心是一个Lock-free的Ringbuffer,Disruptor使用CAS而不是Lock。与大部分并发队列使用的Lock相比，CAS显然要快很多。CAS是CPU级别的指令，更加轻量，不需要像Lock一样需要OS的支持，所以每次调用不需要kernel entry，也不需要context switch。当然，使用CAS的代价是Disruptor实现的复杂程度也相对提高了。

## Component ##

### Sequence ###

Sequence是Disruptor最核心的组件，上面已经提到过了。生产者对RingBuffer的互斥访问，生产者与消费者之间的协调以及消费者之间的协调，都是通过Sequence实现。几乎每一个重要的组件都包含Sequence。那么Sequence是什么呢？首先Sequence是一个递增的序号，说白了就是计数器；其次，由于需要在线程间共享，所以Sequence是引用传递，并且是线程安全的；再次，Sequence支持CAS操作；最后，为了提高效率，Sequence通过padding来避免伪共享。

### RingBuffer ###

RingBuffer是存储消息的地方，通过一个名为cursor的Sequence对象指示队列的头，协调多个生产者向RingBuffer中添加消息，并用于在消费者端判断RingBuffer是否为空。巧妙的是，表示队列尾的Sequence并没有在RingBuffer中，而是由消费者维护。这样的好处是多个消费者处理消息的方式更加灵活，可以在一个RingBuffer上实现消息的单播，多播，流水线以及它们的组合。其缺点是在生产者端判断RingBuffer是否已满是需要跟踪更多的信息，为此，在RingBuffer中维护了一个名为gatingSequences的Sequence数组来跟踪相关Seqence。

### SequenceBarrier ###

SequenceBarrier用来在消费者之间以及消费者和RingBuffer之间建立依赖关系。在Disruptor中，依赖关系实际上指的是Sequence的大小关系，消费者A依赖于消费者B指的是消费者A的Sequence一定要小于等于消费者B的Sequence，这种大小关系决定了处理某个消息的先后顺序。因为所有消费者都依赖于RingBuffer，所以消费者的Sequence一定小于等于RingBuffer中名为cursor的Sequence，即消息一定是先被生产者放到Ringbuffer中，然后才能被消费者处理。

SequenceBarrier在初始化的时候会收集需要依赖的组件的Sequence，RingBuffer的cursor会被自动的加入其中。需要依赖其他消费者和/或RingBuffer的消费者在消费下一个消息时，会先等待在SequenceBarrier上，直到所有被依赖的消费者和RingBuffer的Sequence大于等于这个消费者的Sequence。当被依赖的消费者或RingBuffer的Sequence有变化时，会通知SequenceBarrier唤醒等待在它上面的消费者。

### WaitStrategy ###

当消费者等待在SequenceBarrier上时，有许多可选的等待策略，不同的等待策略在延迟和CPU资源的占用上有所不同，可以视应用场景选择：

BusySpinWaitStrategy ： 自旋等待，类似Linux Kernel使用的自旋锁。低延迟但同时对CPU资源的占用也多。

BlockingWaitStrategy ： 使用锁和条件变量。CPU资源的占用少，延迟大。

SleepingWaitStrategy ： 在多次循环尝试不成功后，选择让出CPU，等待下次调度，多次调度后仍不成功，尝试前睡眠一个纳秒级别的时间再尝试。这种策略平衡了延迟和CPU资源占用，但延迟不均匀。

YieldingWaitStrategy ： 在多次循环尝试不成功后，选择让出CPU，等待下次调。平衡了延迟和CPU资源占用，但延迟也比较均匀。

PhasedBackoffWaitStrategy ： 上面多种策略的综合，CPU资源的占用少，延迟大。

### BatchEvenProcessor ###

在Disruptor中，消费者是以EventProcessor的形式存在的。其中一类消费者是BatchEvenProcessor。每个BatchEvenProcessor有一个Sequence，来记录自己消费RingBuffer中消息的情况。所以，一个消息必然会被每一个BatchEvenProcessor消费。

### WorkProcessor ###

另一类消费者是WorkProcessor。每个WorkProcessor也有一个Sequence，多个WorkProcessor还共享一个Sequence用于互斥的访问RingBuffer。一个消息被一个WorkProcessor消费，就不会被共享一个Sequence的其他WorkProcessor消费。这个被WorkProcessor共享的Sequence相当于尾指针。

### WorkerPool ###

共享同一个Sequence的WorkProcessor可由一个WorkerPool管理，这时，共享的Sequence也由WorkerPool创建。

## Use Cases ##

下面以Disruptor 3.3.0版本为例介绍Disruptor的初级使用，本文并没有用那些比较原始的API，如果想知道上面写的一些api如何使用，可以参考 [https://github.com/LMAX-Exchange/disruptor/tree/master/src/perftest/java/com/lmax/disruptor][https_github.com_LMAX-Exchange_disruptor_tree_master_src_perftest_java_com_lmax_disruptor] 为了简化使用，框架提供Disruptor类来简化使用，下面主要是使用这个类来演示。

首先定义一个Event：

/**
     * Created by hupeng on 2015/1/1.
     */
    public class MyEvent {
    	private long value;
    	public void setValue(long value) {
    		this.value = value;
    	}
    	@Override
    	public String toString() {
    		return "MyEvent{" +
    				"value=" + value +
    				'}';
    	}
    }

然后提供一个EventFactory，RingBuffer通过这factory来初始化在Event。

import com.lmax.disruptor.EventFactory;
    /**
     * Created by hupeng on 2015/1/1.
     */
    public class MyEventFactory implements EventFactory<MyEvent> {
    	@Override
    	public MyEvent newInstance() {
    		return new MyEvent();
    	}
    }

然后写一个Producer类，也就是消息的生产者。

import com.lmax.disruptor.EventTranslatorOneArg;
    import com.lmax.disruptor.RingBuffer;
    /**
     * Created by hupeng on 2015/1/1.
     */
    public class MyEventProducer {
    	private RingBuffer<MyEvent> ringBuffer;
    	public MyEventProducer(RingBuffer<MyEvent> ringBuffer) {
    		this.ringBuffer = ringBuffer;
    	}
    	private static final EventTranslatorOneArg TRANSLATOR = new EventTranslatorOneArg<MyEvent, Long>() {
    		@Override
    		public void translateTo(MyEvent event, long sequence, Long value) {
    			event.setValue(value);
    		}
    	};
    	public void onData(final Long value) {
    		ringBuffer.publishEvent(TRANSLATOR,value);
    	}
    }

然后写一个EventHandler。这个就是我们定义怎么处理消息的地方。

import com.lmax.disruptor.EventHandler;
    /**
     * Created by hupeng on 2015/1/1.
     */
    public class MyEventHandler implements EventHandler<MyEvent> {
    	@Override
    	public void onEvent(MyEvent event, long sequence, boolean endOfBatch) throws Exception {
    		System.out.println(event);
    	}
    }

主程序：

import com.lmax.disruptor.IgnoreExceptionHandler;
    import com.lmax.disruptor.RingBuffer;
    import com.lmax.disruptor.YieldingWaitStrategy;
    import com.lmax.disruptor.dsl.Disruptor;
    import com.lmax.disruptor.dsl.ProducerType;
    import disruptor.starter.support.*;
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    public class MyEventMain {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    	ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
    	int bufferSize = 1024;
    	Disruptor<MyEvent> disruptor = new Disruptor<MyEvent>(new MyEventFactory(),
    		bufferSize, executorService, ProducerType.SINGLE, new YieldingWaitStrategy());
    	disruptor.handleExceptionsWith(new IgnoreExceptionHandler());
    	disruptor.handleEventsWith(new MyEventHandler(),new MyEventHandler());
    //	disruptor.handleEventsWith(new MyEventHandler()).then(new MyEventHandler());  //Pipeline
    	RingBuffer<MyEvent> ringBuffer = disruptor.start();
    	MyEventProducer producer = new MyEventProducer(ringBuffer);
    	for (long i = 0; i < 10; i++) {
    	    producer.onData(i);
    	    Thread.sleep(1000);// wait for task execute....
    	}
    	disruptor.shutdown();
    	ExecutorsUtils.shutdownAndAwaitTermination(executorService, 60, TimeUnit.SECONDS);
        }
    }

在这个例子中输出

MyEvent{value=0}
    MyEvent{value=0}
    MyEvent{value=1}
    MyEvent{value=1}
    MyEvent{value=2}
    MyEvent{value=2}
    MyEvent{value=3}
    MyEvent{value=3}
    MyEvent{value=4}
    MyEvent{value=4}
    MyEvent{value=5}
    MyEvent{value=5}
    MyEvent{value=6}
    MyEvent{value=6}
    MyEvent{value=7}
    MyEvent{value=7}
    MyEvent{value=8}
    MyEvent{value=8}
    MyEvent{value=9}
    MyEvent{value=9}

可以看出每个MyEventHandler(implements EventHandler)都会处理同一条消息。另外我们还可以使用类似：

disruptor.handleEventsWith(new MyEventHandler()).then(new MyEventHandler())

这样的方法来定义依赖关系，比如先执行哪个handler再执行哪个handler。其他比如and()详情见api如果我们想定义多个handler，但是同时只有一个handler处理某一条消息。可以实现WorkHandler来定义handler:

import com.lmax.disruptor.WorkHandler;
    /**
     * Created by hupeng on 2015/1/1.
     */
    public class MyEventWorkHandler implements WorkHandler<MyEvent> {
    	private String workerName;
    	public MyEventWorkHandler(String workerName) {
    		this.workerName = workerName;
    	}
    	@Override
    	public void onEvent(MyEvent event) throws Exception {
    		System.out.println(workerName + " handle event:" + event);
    	}
    }

这时候我们改一下我们的主程序：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    	ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
    	int bufferSize = 1024;
    	Disruptor<MyEvent> disruptor = new Disruptor<MyEvent>(new MyEventFactory(),
    		bufferSize, executorService, ProducerType.SINGLE, new YieldingWaitStrategy());
    	disruptor.handleExceptionsWith(new IgnoreExceptionHandler());
    	disruptor.handleEventsWithWorkerPool(new MyEventWorkHandler("worker-1"),new MyEventWorkHandler("worker-2"));
    	RingBuffer<MyEvent> ringBuffer = disruptor.start();
    	MyEventProducer producer = new MyEventProducer(ringBuffer);
    	for (long i = 0; i < 10; i++) {
    	    producer.onData(i);
    	    Thread.sleep(1000);// wait for task execute....
    	}
    	disruptor.shutdown();
    	ExecutorsUtils.shutdownAndAwaitTermination(executorService, 60, TimeUnit.SECONDS);
        }

这时候我们可以看到输出是这样的：

worker-1 handle event:MyEvent{value=0}
    worker-2 handle event:MyEvent{value=1}
    worker-1 handle event:MyEvent{value=2}
    worker-2 handle event:MyEvent{value=3}
    worker-1 handle event:MyEvent{value=4}
    worker-2 handle event:MyEvent{value=5}
    worker-1 handle event:MyEvent{value=6}
    worker-2 handle event:MyEvent{value=7}
    worker-1 handle event:MyEvent{value=8}
    worker-2 handle event:MyEvent{value=9}

一条消息只被一个handler处理。

这里的ExecutorsUtils就是写的一个关闭ExecutorService的方法

import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    public class ExecutorsUtils {
    	public static  void shutdownAndAwaitTermination(ExecutorService pool,int timeout,TimeUnit unit) {
    		pool.shutdown(); // Disable new tasks from being submitted
    		try {
    			// Wait a while for existing tasks to terminate
    			if (!pool.awaitTermination(timeout/2, unit)) {
    				pool.shutdownNow(); // Cancel currently executing tasks
    				// Wait a while for tasks to respond to being cancelled
    				if (!pool.awaitTermination(timeout/2, unit))
    					System.err.println("Pool did not terminate");
    			}
    		} catch (InterruptedException ie) {
    			// (Re-)Cancel if current thread also interrupted
    			pool.shutdownNow();
    			// Preserve interrupt status
    			Thread.currentThread().interrupt();
    		}
    	}
    }

[https_github.com_LMAX-Exchange_disruptor_tree_master_src_perftest_java_com_lmax_disruptor]: https://github.com/LMAX-Exchange/disruptor/tree/master/src/perftest/java/com/lmax/disruptor