Java并发编程框架Disruptor

Disruptor是什么？
Disruptor是一个高性能的异步处理框架，一个轻量级的JMS，和JDK中的BlockingQueue有相似处，但是它的处理速度非常快，获得2011年程序框架创新大奖，号称“一个线程一秒钟可以处理600W个订单”（这有点吓人吧），并且Disruptor不仅仅只有buffer，它提供的功能非常强大，比如它可以帮助我们轻松构建数据流处理（比如一个数据先交给A和B这2个消费者并行处理后再交给C处理，是不是有点想起storm这种流处理，实际上strom的底层就是应用了disruptor来实现worker内部threads的通信）。本文将使用disruptor最新版3.3.6进行介绍，可以在
https://github.com/LMAX-Exchange/disruptor/releases 下载最新的JAR包开始disruptor之旅吧。

轮胎：RingBuffer

RingBuffer，环形缓冲区，在disruptor中扮演着非常重要的角色，理解RingBuffer的结构有利于我们理解disruptor为什么这么快、无锁的实现方式、生产者/消费者模式的实现细节。如下图所示：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-bV2qKzfA-1591960121369)(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/22478635-fa10d4054e44f757?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)]

数组

这个类似于轮胎的东西实际上就是一个数组，使用数组的好处当然是由于预加载的缘故使得访问比链表要快的多。

序号

RingBuffer中元素拥有序号的概念，并且序号是一直增长的，这怎么理解？比如RingBuffer大小为10，那么序号从0开始增长，当到9的时候，相当于转了一圈，如果继续增长的话，那么将覆盖0号元素。也即是说通过序号%SIZE 来定位元素，实现set/get操作。这里也发现了和队列不同的一个方式，就是不存在元素的删除操作，只有覆盖而已，实际上RingBuffer的这种特别的环形存储方式，使得不需要花费大量的时间用于内存清理/垃圾回收。

由于涉及到取模操作，为了CPU进行位运算更加高效，RingBuffer的大小应该是2的N次方。

无锁的机制

在生产者/消费者模式下，disruptor号称“无锁并行框架”（要知道BlockingQueue是利用了Lock锁机制来实现的），这是怎么做到的呢？下面我们来具体分析下：

一个生产者 + 一个消费者

生产者维护一个生产指针P，消费者维护一个消费者指针C，当然P和C本质上就是序号。2者各操作各的，不需要锁，仅仅需要注意的是生产者和消费者的速度问题，当然这个在disruptor内部已经为我们做了处理，就是判断一下P和C之间不能超过一圈的大小。

一个生产者 + 多个消费者

多个消费者当然持有多个消费指针C1，C2，…，消费者依据C进行各自读取数据，只需要保证生产者的速度“协调”最慢的消费者的速度，就是那个不能超出一圈的概念。此时也不需要进行锁定。

多个生产者 + N个消费者

很显然，无论生产者有几个，生产者指针P只能存在一个，否则数据就乱套了。那么多个生产者之间共享一个P指针，在disruptor中实际上是利用了CAS机制来保证多线程的数据安全，也没有使用到锁。

Disruptor初体验：简单的生产者和消费者

业务数据对象POJO（Event）

public class Order {
/* 订单ID */
private long id;

/* 订单信息 */
private String info;

/* 订单价格 */
private double price;

public long getId()
   {
       return(id);
   }

public void setId( long id )
   {
       this.id = id;
   }

public String getInfo()
   {
       return(info);
   }

public void setInfo( String info )
   {
       this.info = info;
   }

public double getPrice()
   {
       return(price);
   }

public void setPrice( double price )
   {
       this.price = price;
   }
}

业务数据工厂(Factory)

public class OrderFactory implements EventFactory {
   @Override
   public Object newInstance()
   {
       System.out.println( "OrderFactory.newInstance" );
       return(new Order() );
   }
}

事件处理器(Handler，即消费者处理逻辑)

public class OrderHandler implements EventHandler<Order>{
   @Override
   public void onEvent( Order order, long l, boolean b ) throws Exception
   {
       System.out.println( Thread.currentThread().getName() + " 消费者处理中:" + l );
       order.setInfo( "info" + order.getId() );
       order.setPrice( Math.random() );
   }
}

Main

public class Main {
   public static void main( String[] args ) throws InterruptedException
   {
       /* 创建订单工厂 */
       OrderFactory orderFactory = new OrderFactory();

/* ringbuffer的大小 */
int RINGBUFFER_SIZE = 1024;

/* 创建disruptor */
Disruptor<Order> disruptor = new Disruptor<Order>( orderFactory, RINGBUFFER_SIZE, Executors.defaultThreadFactory() );

/* 设置事件处理器即消费者 */
disruptor.handleEventsWith( new OrderHandler() );

disruptor.start();

RingBuffer<Order> ringBuffer = disruptor.getRingBuffer();

/* -------------生产数据 */
       for ( int i = 0; i < 3; i++ )
       {
           long sequence = ringBuffer.next();

Order order = ringBuffer.get( sequence );

order.setId( i );

ringBuffer.publish( sequence );
System.out.println( Thread.currentThread().getName() + " 生产者发布一条数据:" + sequence + " 订单ID：" + i );
}

Thread.sleep( 1000 );

disruptor.shutdown();
}
}

运行结果：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-V25Xei7s-1591960121372)(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/22478635-fc42aec1fcc42b38?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)]

说明：

其实上面的结果已经很明显的说明了，在初始阶段构造Disruptor的时候，会调用工厂Factory去实例化RingBuffer中的Event数据对象。

另外在构造Disruptor的时候，在3.3.6之前使用的是API：

到了3.3.6这些API都不推荐使用了，即不再推荐传入Executor这样的线程池，而是推荐传入ThreadFactory线程工厂。这样的话，关闭disruptor就会自动关闭Executor线程池，而不需要像以前那样必须在关闭disruptor的时候再关闭线程池了。

构造Disruptor时，需要注意ProducerType（SINGLE or MULTI 指示是单个生产者还是多个生产者模式）、WaitStrategy（策略选择，决定了消费者如何等待生产者）。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-xosRRHuN-1591960121378)(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/22478635-2569d715193c3998?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)]

单独使用RingBuffer：WorkerPool

如果场景比较简单，我们完全可以不用创建Disruptor，而是仅仅使用RingBuffer功能。

public static void main( String[] args ) throws InterruptedException
{
   ExecutorService       executor   = Executors.newFixedThreadPool( 3 );
   RingBuffer<Order>   ringBuffer   = RingBuffer.create( ProducerType.SINGLE, new OrderFactory(), 1024, new YieldingWaitStrategy() );
   WorkerPool<Order>   workerPool   = new WorkerPool<Order>( ringBuffer, ringBuffer.newBarrier(), new IgnoreExceptionHandler(), new OrderHandler() );

workerPool.start( executor );

/* -------------生产数据 */
   for ( int i = 0; i < 30; i++ )
   {
       long sequence = ringBuffer.next();

Order order = ringBuffer.get( sequence );
order.setId( i );

ringBuffer.publish( sequence );

System.out.println( Thread.currentThread().getName() + " 生产者发布一条数据:" + sequence + " 订单ID：" + i );
}

Thread.sleep( 1000 );

workerPool.halt();
executor.shutdown();
}

实际上是利用WorkerPool辅助连接消费者。

一个生产者+多个消费者

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-wboXIggd-1591960121380)(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/22478635-764f278a5cf381cb?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)]

public static void main( String[] args ) throws InterruptedException
{
/* 创建订单工厂 */
OrderFactory orderFactory = new OrderFactory();

/* ringbuffer的大小 */
int RINGBUFFER_SIZE = 1024;

/* 创建disruptor */
Disruptor<Order> disruptor = new Disruptor<Order>( orderFactory, RINGBUFFER_SIZE, Executors.defaultThreadFactory() );

/* 设置事件处理器即消费者 */
   EventHandlerGroup<Order> eventHandlerGroup = disruptor.handleEventsWith( new OrderHandler(), new OrderHandler2() );
   eventHandlerGroup.then( new OrderHandler3() );
   disruptor.start();

RingBuffer<Order> ringBuffer = disruptor.getRingBuffer();

/* -------------生产数据 */
   for ( int i = 0; i < 3; i++ )
   {
       long sequence = ringBuffer.next();

Order order = ringBuffer.get( sequence );

order.setId( i );

ringBuffer.publish( sequence );
System.out.println( Thread.currentThread().getName() + " 生产者发布一条数据:" + sequence + " 订单ID：" + i );
}

Thread.sleep( 1000 );
disruptor.shutdown();
}

运行结果：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-lbaEDZcZ-1591960121382)(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/22478635-00beb3bb71654ffa?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)]

生产者生产了3条消息，一个消费者线程1消费了这3条数据，另一个消费者线程2也消费了这3条数据，2者是并行的，待消费者线程1和2完毕后，3条数据交给消费者线程3处理。

如果我们想顺序的按照A->B->C呢？

public class Order {
/* 订单ID */
private long id;

/* 订单信息 */
private String info;

/* 订单价格 */
private double price;

public long getId()
   {
       return(id);
   }

public void setId( long id )
   {
       this.id = id;
   }

public String getInfo()
   {
       return(info);
   }

public void setInfo( String info )
   {
       this.info = info;
   }

public double getPrice()
   {
       return(price);
   }

public void setPrice( double price )
   {
       this.price = price;
   }
}

如果我们想六边形操作呢？

Handler1   h1   = new Handler1();
Handler2   h2   = new Handler2();
Handler3   h3   = new Handler3();
Handler4   h4   = new Handler4();
Handler5   h5   = new Handler5();
disruptor.handleEventsWith( h1, h2 );
disruptor.after( h1 ).handleEventsWith( h4 );
disruptor.after( h2 ).handleEventsWith( h5 );
disruptor.after( h4, h5 ).handleEventsWith( h3 );

到这里相信你对Disruptor已经有所了解了，那么多个生产者多个消费者如何实现呢，其实和上面的代码非常类似，无非是多个生产者都持有RingBuffer可以publish而已。

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