disruptor笔记之三：环形队列的基础操作(不用Disruptor类)

我会带着你远行 2022-10-16 09:52 162阅读 0赞

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> 这里分类和汇总了欣宸的全部原创(含配套源码)：[https://github.com/zq2599/blog\_demos][https_github.com_zq2599_blog_demos]

### 《disruptor笔记》系列链接 ###

1.  [快速入门][Link 1]
2.  [Disruptor类分析][Disruptor]
3.  [环形队列的基础操作(不用Disruptor类)][Disruptor 1]
4.  [事件消费知识点小结][Link 2]
5.  [事件消费实战][Link 3]
6.  [常见场景][Link 4]
7.  [等待策略][Link 5]
8.  [知识点补充(终篇)][Link 6]

### 本篇概览 ###

*  本文是《disruptor笔记》系列的第三篇，主要任务是编码实现消息生产和消费，与[《disruptor笔记之一：快速入门》][Link 1]不同的是，本次开发不使用Disruptor类，和Ring Buffer(环形队列)相关的操作都是自己写代码实现；
 *  这种脱离Disruptor类操作Ring Buffer的做法，不适合用在生产环境，但在学习Disruptor的过程中，这是种高效的学习手段，经过本篇实战后，在今后使用Disruptor时，您在开发、调试、优化等各种场景下都能更加得心应手；
 *  简单的消息生产消费已不能满足咱们的学习热情，今天的实战要挑战以下三个场景：

1.  100个事件，单个消费者消费；
2.  100个事件，三个消费者，每个都独自消费这个100个事件；
3.  100个事件，三个消费者共同消费这个100个事件；

### 前文回顾 ###

为了完成本篇的实战，前文[《disruptor笔记之二：Disruptor类分析》][Disruptor]已做了充分的研究分析，建议观看，这里简单回顾以下Disruptor类的几个核心功能，这也是咱们编码时要实现的：

1.  创建环形队列（RingBuffer对象）
2.  创建SequenceBarrier对象，用于接收ringBuffer中的可消费事件
3.  创建BatchEventProcessor，负责消费事件
4.  绑定BatchEventProcessor对象的异常处理类
5.  调用ringBuffer.addGatingSequences，将消费者的Sequence传给ringBuffer
6.  启动独立线程，用来执行消费事件的业务逻辑

*  理论分析已经完成，接下来开始编码；

### 源码下载 ###

*  本篇实战中的完整源码可在GitHub下载到，地址和链接信息如下表所示(https://github.com/zq2599/blog\_demos)：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">名称</th> 
   <th align="left">链接</th> 
   <th align="left">备注</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">项目主页</td> 
   <td align="left">https://github.com/zq2599/blog_demos</td> 
   <td align="left">该项目在GitHub上的主页</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">git仓库地址(https)</td> 
   <td align="left">https://github.com/zq2599/blog_demos.git</td> 
   <td align="left">该项目源码的仓库地址，https协议</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">git仓库地址(ssh)</td> 
   <td align="left">git@github.com:zq2599/blog_demos.git</td> 
   <td align="left">该项目源码的仓库地址，ssh协议</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  这个git项目中有多个文件夹，本次实战的源码在disruptor-tutorials文件夹下，如下图红框所示：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]
 *  disruptor-tutorials是个父工程，里面有多个module，本篇实战的module是low-level-operate，如下图红框所示：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

### 开发 ###

*  进入编码阶段，今天的任务是挑战以下三个场景：

1.  100个事件，单个消费者消费；
2.  100个事件，三个消费者，每个都独自消费这个100个事件；
3.  100个事件，三个消费者共同消费这个100个事件；

*  咱们先把工程建好，然后编写公共代码，例如事件定义、事件工厂等，最后才是每个场景的开发；
 *  在父工程disruptor-tutorials新增名为low-level-operate的module，其build.gradle如下：

plugins { 
        id 'org.springframework.boot'
    }
    
    dependencies { 
        implementation 'org.projectlombok:lombok'
        implementation 'org.springframework.boot:spring-boot-starter'
        implementation 'org.springframework.boot:spring-boot-starter-web'
        implementation 'com.lmax:disruptor'
    
        testImplementation('org.springframework.boot:spring-boot-starter-test')
    }

*  然后是springboot启动类：

package com.bolingcavalry;
    
    import org.springframework.boot.SpringApplication;
    import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
    
    @SpringBootApplication
    public class LowLevelOperateApplication { 
    	public static void main(String[] args) { 
    		SpringApplication.run(LowLevelOperateApplication.class, args);
    	}
    }

*  事件类，这是事件的定义：

package com.bolingcavalry.service;
    
    import lombok.Data;
    import lombok.NoArgsConstructor;
    import lombok.ToString;
    
    @Data
    @ToString
    @NoArgsConstructor
    public class StringEvent { 
        private String value;
    }

*  事件工厂，定义如何在内存中创建事件对象：

package com.bolingcavalry.service;
    
    import com.lmax.disruptor.EventFactory;
    
    public class StringEventFactory implements EventFactory<StringEvent> { 
        @Override
        public StringEvent newInstance() { 
            return new StringEvent();
        }
    }

*  事件生产类，定义如何将业务逻辑的事件转为disruptor事件发布到环形队列，用于消费：

package com.bolingcavalry.service;
    
    import com.lmax.disruptor.RingBuffer;
    
    public class StringEventProducer { 
    
        // 存储数据的环形队列
        private final RingBuffer<StringEvent> ringBuffer;
    
        public StringEventProducer(RingBuffer<StringEvent> ringBuffer) { 
            this.ringBuffer = ringBuffer;
        }
    
        public void onData(String content) { 
    
            // ringBuffer是个队列，其next方法返回的是下最后一条记录之后的位置，这是个可用位置
            long sequence = ringBuffer.next();
    
            try { 
                // sequence位置取出的事件是空事件
                StringEvent stringEvent = ringBuffer.get(sequence);
                // 空事件添加业务信息
                stringEvent.setValue(content);
            } finally { 
                // 发布
                ringBuffer.publish(sequence);
            }
        }
    }

*  事件处理类，收到事件后具体的业务处理逻辑：

package com.bolingcavalry.service;
    
    import com.lmax.disruptor.EventHandler;
    import lombok.Setter;
    import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
    import java.util.function.Consumer;
    
    @Slf4j
    public class StringEventHandler implements EventHandler<StringEvent> { 
    
        public StringEventHandler(Consumer<?> consumer) { 
            this.consumer = consumer;
        }
    
        // 外部可以传入Consumer实现类，每处理一条消息的时候，consumer的accept方法就会被执行一次
        private Consumer<?> consumer;
    
        @Override
        public void onEvent(StringEvent event, long sequence, boolean endOfBatch) throws Exception { 
            log.info("sequence [{}], endOfBatch [{}], event : {}", sequence, endOfBatch, event);
    
            // 这里延时100ms，模拟消费事件的逻辑的耗时
            Thread.sleep(100);
    
            // 如果外部传入了consumer，就要执行一次accept方法
            if (null!=consumer) { 
                consumer.accept(null);
            }
        }
    }

*  定义一个接口，外部通过调用接口的方法来生产消息，再放几个常量在里面后面会用到：

package com.bolingcavalry.service;
    
    public interface LowLevelOperateService { 
        /** * 消费者数量 */
        int CONSUMER_NUM = 3;
    
        /** * 环形缓冲区大小 */
        int BUFFER_SIZE = 16;
    
        /** * 发布一个事件 * @param value * @return */
        void publish(String value);
    
        /** * 返回已经处理的任务总数 * @return */
        long eventCount();
    }

*  以上就是公共代码了，接下来逐个实现之前规划的三个场景；

### 100个事件，单个消费者消费 ###

*  这是最简单的功能了，实现发布消息和单个消费者消费的功能，代码如下，有几处要注意的地方稍后提到：

package com.bolingcavalry.service.impl;
    
    import com.bolingcavalry.service.*;
    import com.lmax.disruptor.BatchEventProcessor;
    import com.lmax.disruptor.RingBuffer;
    import com.lmax.disruptor.SequenceBarrier;
    import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
    import org.springframework.stereotype.Service;
    
    import javax.annotation.PostConstruct;
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;
    import java.util.function.Consumer;
    
    @Service("oneConsumer")
    @Slf4j
    public class OneConsumerServiceImpl implements LowLevelOperateService { 
    
        private RingBuffer<StringEvent> ringBuffer;
    
        private StringEventProducer producer;
    
        /** * 统计消息总数 */
        private final AtomicLong eventCount = new AtomicLong();
    
        private ExecutorService executors;
    
        @PostConstruct
        private void init() { 
            // 准备一个匿名类，传给disruptor的事件处理类，
            // 这样每次处理事件时，都会将已经处理事件的总数打印出来
            Consumer<?> eventCountPrinter = new Consumer<Object>() { 
                @Override
                public void accept(Object o) { 
                    long count = eventCount.incrementAndGet();
                    log.info("receive [{}] event", count);
                }
            };
    
            // 创建环形队列实例
            ringBuffer = RingBuffer.createSingleProducer(new StringEventFactory(), BUFFER_SIZE);
    
            // 准备线程池
            executors = Executors.newFixedThreadPool(1);
    
            //创建SequenceBarrier
            SequenceBarrier sequenceBarrier = ringBuffer.newBarrier();
    
            // 创建事件处理的工作类，里面执行StringEventHandler处理事件
            BatchEventProcessor<StringEvent> batchEventProcessor = new BatchEventProcessor<>(
                    ringBuffer,
                    sequenceBarrier,
                    new StringEventHandler(eventCountPrinter));
    
            // 将消费者的sequence传给环形队列
            ringBuffer.addGatingSequences(batchEventProcessor.getSequence());
    
            // 在一个独立线程中取事件并消费
            executors.submit(batchEventProcessor);
    
            // 生产者
            producer = new StringEventProducer(ringBuffer);
        }
    
        @Override
        public void publish(String value) { 
            producer.onData(value);
        }
    
        @Override
        public long eventCount() { 
            return eventCount.get();
        }
    }

*  上述代码有以下几处需要注意：

1.  自己创建环形队列RingBuffer实例
2.  自己准备线程池，里面的线程用来获取和消费消息
3.  自己动手创建BatchEventProcessor实例，并把事件处理类传入
4.  通过ringBuffer创建sequenceBarrier，传给BatchEventProcessor实例使用
5.  将BatchEventProcessor的sequence传给ringBuffer，确保ringBuffer的生产和消费不会出现混乱
6.  启动线程池，意味着BatchEventProcessor实例在一个独立线程中不断的从ringBuffer中获取事件并消费；

*  为了验证上述代码能否正常工作，我这里写了个单元测试类，如下所示，逻辑很简单，调用OneConsumerServiceImpl.publish方法一百次，产生一百个事件，再检查OneConsumerServiceImpl记录的消费事件总数是不是等于一百：

package com.bolingcavalry.service.impl;
    
    import com.bolingcavalry.service.LowLevelOperateService;
    import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
    import org.junit.Test;
    import org.junit.runner.RunWith;
    import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
    import org.springframework.beans.factory.annotation.Qualifier;
    import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;
    import org.springframework.test.context.junit4.SpringRunner;
    import static org.junit.Assert.assertEquals;
    
    @RunWith(SpringRunner.class)
    @SpringBootTest
    @Slf4j
    public class LowLeverOperateServiceImplTest { 
    
        @Autowired
        @Qualifier("oneConsumer")
        LowLevelOperateService oneConsumer;
    
        private static final int EVENT_COUNT = 100;
    
        private void testLowLevelOperateService(LowLevelOperateService service, int eventCount, int expectEventCount) throws InterruptedException { 
            for(int i=0;i<eventCount;i++) { 
                log.info("publich {}", i);
                service.publish(String.valueOf(i));
            }
    
            // 异步消费，因此需要延时等待
            Thread.sleep(10000);
    
            // 消费的事件总数应该等于发布的事件数
            assertEquals(expectEventCount, service.eventCount());
        }
    
        @Test
        public void testOneConsumer() throws InterruptedException { 
            log.info("start testOneConsumerService");
            testLowLevelOperateService(oneConsumer, EVENT_COUNT, EVENT_COUNT);
        }

*  注意，如果您是直接在IDEA上点击图标来执行单元测试，记得勾选下图红框中选项，否则可能出现编译失败：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]
 *  执行上述单元测试类，结果如下图所示，消息的生产和消费都符合预期，并且消费逻辑是在独立线程中执行的：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]
 *  继续挑战下一个场景；

### 100个事件，三个消费者，每个都独自消费这个100个事件 ###

*  这个场景在kafka中也有，就是三个消费者的group不同，这样每一条消息，这两个消费者各自消费一次；
 *  因此，100个事件，3个消费者每人都会独立消费这100个事件，一共消费300次；
 *  代码如下，有几处要注意的地方稍后提到：

package com.bolingcavalry.service.impl;
    
    import com.bolingcavalry.service.*;
    import com.lmax.disruptor.BatchEventProcessor;
    import com.lmax.disruptor.RingBuffer;
    import com.lmax.disruptor.SequenceBarrier;
    import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
    import org.springframework.stereotype.Service;
    
    import javax.annotation.PostConstruct;
    import java.util.concurrent.Executor;
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;
    import java.util.function.Consumer;
    
    @Service("multiConsumer")
    @Slf4j
    public class MultiConsumerServiceImpl implements LowLevelOperateService { 
    
        private RingBuffer<StringEvent> ringBuffer;
    
        private StringEventProducer producer;
    
        /** * 统计消息总数 */
        private final AtomicLong eventCount = new AtomicLong();
    
        /** * 生产一个BatchEventProcessor实例，并且启动独立线程开始获取和消费消息 * @param executorService */
        private void addProcessor(ExecutorService executorService) { 
            // 准备一个匿名类，传给disruptor的事件处理类，
            // 这样每次处理事件时，都会将已经处理事件的总数打印出来
            Consumer<?> eventCountPrinter = new Consumer<Object>() { 
                @Override
                public void accept(Object o) { 
                    long count = eventCount.incrementAndGet();
                    log.info("receive [{}] event", count);
                }
            };
    
            BatchEventProcessor<StringEvent> batchEventProcessor = new BatchEventProcessor<>(
                    ringBuffer,
                    ringBuffer.newBarrier(),
                    new StringEventHandler(eventCountPrinter));
    
            // 将当前消费者的sequence实例传给ringBuffer
            ringBuffer.addGatingSequences(batchEventProcessor.getSequence());
    
            // 启动独立线程获取和消费事件
            executorService.submit(batchEventProcessor);
        }
    
        @PostConstruct
        private void init() { 
            ringBuffer = RingBuffer.createSingleProducer(new StringEventFactory(), BUFFER_SIZE);
    
            ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(CONSUMER_NUM);
    
            // 创建多个消费者，并在独立线程中获取和消费事件
            for (int i=0;i<CONSUMER_NUM;i++) { 
                addProcessor(executorService);
            }
    
            // 生产者
            producer = new StringEventProducer(ringBuffer);
        }
    
        @Override
        public void publish(String value) { 
            producer.onData(value);
        }
    
        @Override
        public long eventCount() { 
            return eventCount.get();
        }
    }

*  上述代码和前面的OneConsumerServiceImpl相比差别不大，主要是创建了多个BatchEventProcessor实例，然后分别在线程池中提交；
 *  验证方法依旧是单元测试，在刚才的LowLeverOperateServiceImplTest.java中增加代码即可，注意testLowLevelOperateService的第三个参数是EVENT\_COUNT \* LowLevelOperateService.CONSUMER\_NUM，表示预期的被消费消息数为**300**：

@Autowired
        @Qualifier("multiConsumer")
        LowLevelOperateService multiConsumer;
    
        @Test
        public void testMultiConsumer() throws InterruptedException { 
            log.info("start testMultiConsumer");
            testLowLevelOperateService(multiConsumer, EVENT_COUNT, EVENT_COUNT * LowLevelOperateService.CONSUMER_NUM);
        }

*  执行单元测试，如下图所示，一共消费了300个事件，并且三个消费者在不动线程：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70]

### 100个事件，三个消费者共同消费这个100个事件 ###

*  本篇的最后一个实战是发布100个事件，然后让三个消费者共同消费100个（例如A消费33个，B消费33个，C消费34个）；
 *  前面用到的BatchEventProcessor是用来独立消费的，不适合多个消费者共同消费，这种多个消费共同消费的场景需要借助WorkerPool来完成，这个名字还是很形象的：一个池子里面有很多个工作者，把任务放入这个池子，工作者们每人处理一部分，大家合力将任务完成；
 *  传入WorkerPool的消费者需要实现WorkHandler接口，于是新增一个实现类：

package com.bolingcavalry.service;
    
    import com.lmax.disruptor.WorkHandler;
    import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
    import java.util.function.Consumer;
    
    @Slf4j
    public class StringWorkHandler implements WorkHandler<StringEvent> { 
    
        public StringWorkHandler(Consumer<?> consumer) { 
            this.consumer = consumer;
        }
    
        // 外部可以传入Consumer实现类，每处理一条消息的时候，consumer的accept方法就会被执行一次
        private Consumer<?> consumer;
    
        @Override
        public void onEvent(StringEvent event) throws Exception { 
            log.info("work handler event : {}", event);
    
            // 这里延时100ms，模拟消费事件的逻辑的耗时
            Thread.sleep(100);
    
            // 如果外部传入了consumer，就要执行一次accept方法
            if (null!=consumer) { 
                consumer.accept(null);
            }
        }
    }

*  新增服务类，实现共同消费的逻辑，有几处要注意的地方稍后会提到：

package com.bolingcavalry.service.impl;
    
    import com.bolingcavalry.service.*;
    import com.lmax.disruptor.*;
    import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
    import org.springframework.stereotype.Service;
    import javax.annotation.PostConstruct;
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;
    import java.util.function.Consumer;
    
    @Service("workerPoolConsumer")
    @Slf4j
    public class WorkerPoolConsumerServiceImpl implements LowLevelOperateService { 
    
        private RingBuffer<StringEvent> ringBuffer;
    
        private StringEventProducer producer;
    
        /** * 统计消息总数 */
        private final AtomicLong eventCount = new AtomicLong();
    
        @PostConstruct
        private void init() { 
            ringBuffer = RingBuffer.createSingleProducer(new StringEventFactory(), BUFFER_SIZE);
    
            ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(CONSUMER_NUM);
    
            StringWorkHandler[] handlers = new StringWorkHandler[CONSUMER_NUM];
    
            // 创建多个StringWorkHandler实例，放入一个数组中
            for (int i=0;i < CONSUMER_NUM;i++) { 
                handlers[i] = new StringWorkHandler(o -> { 
                    long count = eventCount.incrementAndGet();
                    log.info("receive [{}] event", count);
                });
            }
    
            // 创建WorkerPool实例，将StringWorkHandler实例的数组传进去，代表共同消费者的数量
            WorkerPool<StringEvent> workerPool = new WorkerPool<>(ringBuffer, ringBuffer.newBarrier(), new IgnoreExceptionHandler(), handlers);
    
            // 这一句很重要，去掉就会出现重复消费同一个事件的问题
            ringBuffer.addGatingSequences(workerPool.getWorkerSequences());
    
            workerPool.start(executorService);
    
            // 生产者
            producer = new StringEventProducer(ringBuffer);
        }
    
        @Override
        public void publish(String value) { 
            producer.onData(value);
        }
    
        @Override
        public long eventCount() { 
            return eventCount.get();
        }
    }

*  上述代码中，要注意的有以下两处：

1.  StringWorkHandler数组传入给WorkerPool后，每个StringWorkHandler实例都放入一个新的WorkProcessor实例，WorkProcessor实现了Runnable接口，在执行workerPool.start时，会将WorkProcessor提交到线程池中；
2.  和前面的独立消费相比，共同消费最大的特点在于只调用了一次ringBuffer.addGatingSequences方法，也就是说三个消费者共用一个sequence实例；

*  验证方法依旧是单元测试，在刚才的LowLeverOperateServiceImplTest.java中增加代码即可，注意testWorkerPoolConsumer的第三个参数是EVENT\_COUNT，表示预期的被消费消息数为**100**：

@Autowired
        @Qualifier("workerPoolConsumer")
        LowLevelOperateService workerPoolConsumer;
        
        @Test
        public void testWorkerPoolConsumer() throws InterruptedException { 
            log.info("start testWorkerPoolConsumer");
            testLowLevelOperateService(workerPoolConsumer, EVENT_COUNT, EVENT_COUNT);
        }

*  执行单元测试如下图所示，三个消费者一共消费100个事件，且三个消费者在不同线程：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]
 *  至此，咱们在不用Disruptor类的前提下完成了三种常见场景的消息生产消费，相信您对Disruptor的底层实现也有了深刻认识，今后不论是使用还是优化Disruptor，一定可以更加得心应手；

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[Link 1]: https://blog.csdn.net/boling_cavalry/article/details/117185656
[Disruptor]: https://blog.csdn.net/boling_cavalry/article/details/117318462
[Disruptor 1]: https://blog.csdn.net/boling_cavalry/article/details/117386253
[Link 2]: https://blog.csdn.net/boling_cavalry/article/details/117395009
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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JvbGluZ19jYXZhbHJ5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]: /images/20221014/0df59114d64e4f9c8801c5b714545b20.png
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