Disruptor并发框架（九）

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Disruptor并发框架简介

  • Disruptor是一个开源的并发框架，能够在无锁的情况下实现网络的Queue并发操作。
  • Disruptor是一个高性能的异步处理框架，或者可以认为是最快的消息框架（轻量级JMS），也可以认为是一个观察者模式的实现，或者事件监听模式的实现。
  • 参考系列文档：http://ifeve.com/disruptor-getting-started/

Disruptor Hello World

在Disruptor中，进行开发时需要引入相应的jar包。我们实现Hello World需要如下几个步骤：

  • 建立一个Event类。
  • 建立一个工厂Event类，用于创建Event类实例对象。
  • 需要有一个事件监听事件类，用于处理数据（Event类）。
  • 我们需要进行测试代码编写。实例化Disruptor实例，配置一系列参数。然后我们对Disruptor实例绑定监听事件类，接收并处理数据。
  • 在Disruptor中，真正存储数据的核心叫做RingBuffer，我们通过Disruptor实例来拿到它，然后把数据生产出来，把数据加入到RingBuffer的实例对象中即可。
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public class LongEvent {

	private long value;

	public long getValue() {
		return value;
	}

	public void setValue(long value) {
		this.value = value;
	}
}
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/**
 * 需要让disruptor为我们创建事件，我们同时还声明一个EventFactory来实例化Event对象
 * */
public class LongEventFactory implements EventFactory{

	@Override
	public Object newInstance() {
		return new LongEvent();
	}

}
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/**
 * 事件消费者：
 * 也就是一个事件处理器，这个事件处理器简单地把事件中存储的数据打印到终端
 * */
public class LongEventHandler implements EventHandler<LongEvent> {

	@Override
	public void onEvent(LongEvent arg0, long arg1, boolean arg2) throws Exception {
		System.out.println(arg0.getValue());
	}

}
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public class LongEventMain {

	public static void main(String[] args) {
		//创建线程池
		ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
		//创建工程
		LongEventFactory factory = new LongEventFactory();
		//创建bufferSize，也就是RingBuffer大小，必须是2的N次方
		int ringBufferSize = 1024 * 1024;
		/**
        BlockingWaitStrategy 是最低效的策略，但其对CPU的消耗最小并且在各种不同部署环境中能提供更加一致的性能表现
        WaitStrategy BLOCKING_WAIT = new BlockingWaitStrategy();
        SleepingWaitStrategy 的性能表现跟BlockingWaitStrategy差不多，对CPU的消耗也类似，但其对生产者线程的影响最小，适合用于异步日志类似的场景
        WaitStrategy SLEEPING_WAIT = new SleepingWaitStrategy();
        YieldingWaitStrategy 的性能是最好的，适合用于低延迟的系统。在要求极高性能且事件处理线数小于CPU逻辑核心数的场景中，推荐使用此策略；例如，CPU开启超线程的特性
        WaitStrategy YIELDING_WAIT = new YieldingWaitStrategy();
        */
		/* 创建disruptor
		 * 1.第一个参数为工厂类对象，用于创建一个个的LongEvent，LongEvent是实际的消费数据。
		 * 2.第二个参数为缓存区大小
		 * 3.第三个参数为线程池，进行Disruptor内部的数据接收处理调度
		 * 4.第四个参数ProducerType.SINGLE(表示一个生产者) 和 ProducerType.MULTI(多个生产者)
		 * 5.第五个参数是一种策略，就是生产和消费的策略
		 * */
		Disruptor<LongEvent> disruptor = new Disruptor<>(factory, ringBufferSize, executor, ProducerType.SINGLE, new YieldingWaitStrategy());
		
		//连接消费事件方法
		disruptor.handleEventsWith(new LongEventHandler());
		
		//启动
		disruptor.start();
		
		//Disruptor的事件发布过程是一个两阶段提交过程
		//使用该方法获得具体存放数据的容器RingBuffer（环形结构）
		RingBuffer<LongEvent> ringBuffer = disruptor.getRingBuffer();
		
		LongEventProducer producer = new LongEventProducer(ringBuffer);
		
		ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(8);
		for(long input = 0; input < 100; input++){
			byteBuffer.putLong(0,input);
			producer.onData(byteBuffer);
		}
		
		disruptor.shutdown(); //关闭disruptor，方法会阻塞，直到所有的时间得到处理
		executor.shutdown(); //关闭executor，disruptor不会自动关闭executor
		
	}

}
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public class LongEventProducer {

	private final RingBuffer<LongEvent> ringBuffer;
	
	public LongEventProducer(RingBuffer<LongEvent> ringBuffer){
		this.ringBuffer = ringBuffer;
	}
	
	/**
	 * onData用来发布事件，每调用一次就发布一次事件
	 * 他的参数会用该事件传递给消费者
	 * */
	public void onData(ByteBuffer input){
		//1.把ringBuffer看做一个事件队列，那么next就是得到下一个事件槽
		long sequence = ringBuffer.next();
		try{
			//2.用上面的索引取出一个空的事件用于填充（获取该序号对应的事件对象）
			LongEvent event = ringBuffer.get(sequence);
			//3.获取要通过事件传递的业务数据
			event.setValue(input.getLong(0));
		} finally {
			//4.发布事件
			//注意，最后的ringBuffer.publish 方法必须包含在finally中以确保必须得到调用
			//如果某个请求的sequence未被提交，则对应的消费者获取不了数据
			ringBuffer.publish(sequence);
		}
	}
}

Disruptor术语说明

  • RingBuffer：
    被看做Disruptor最主要组件，然而从3.0开始RingBuffer仅仅负责存储和更新在Disruptor中流通的数据。对一些特殊的使用场景能够被用户（其他数据结构）完全替代。
  • Sequence：
    Disruptor使用Sequence来表示一个特殊组件处理的序号。和Disruptor一样，每个消费者（EventProcessor）都维持着一个Sequence。大部分的并发代码依赖这些Sequence值得运转，因此Sequence支持多种当前为AtomicLong类的特性。
  • Sequencer：
    这是Disruptor真正的核心。实现了这个接口的两种生产者（单生产者和多生产者）均实现了所有的并发算法，为了在生产者和消费者之间进行准确快速的数据传递。
  • SequenceBarrier：
    有Sequence生成，并且包含了已经发布的Sequence的引用，这些Sequence源于Sequenceer和一些独立的消费者的Sequence。它包含了决定是否有供消费者来消费者的Event的逻辑。
  • WaitStrategy：
    决定了一个消费者将如何等待生产者将Event置于Disruptor。
  • Event：
    从生产者到消费者过程中所处理的数据单元。Disruptor中没有代码表示Event，因此它完全是由用户定义。
  • EventProcessor：
    主要时间循环，处理Disruptor中的Event，并且拥有消费者的Sequence。他有一个实现类是BatchEventProcessor，包含了event loop有效的实现，并且将回调到一个EventHandler接口的实现对象。
  • EventHandler：
    由用户实现并且代表了Disruptor中的一个消费者的接口。
  • Producer：
    由用户实现，它调用RingBuffer来插入事件（Event），在Disruptor中没有相应的实现代码，由用户实现。
  • WorkProcessor：
    确保每个sequence只被一个processor消费，在同一个WorkPool中的处理多个WorkProcessor不会消费同样的sequence。
  • WorkerPool：
    一个WorkProcessor池，其中WorkProcessor将消费Sequence，所以任务可以在实现WorkHandler接口的worker之间移交。
  • LifecycleAware：
    当BatchEventProcessor启动和停止时，实现这个接口用于接收通知。

    Disruptor印象

    初看Disruptor，给人的印象就是RingBuffer是其和兴，生产者向RingBuffer中写入元素，消费者从RingBuffer中消费元素。

    理解RingBuffer

  • RingBuffer到底是什么？
    它是一个环（首尾相接的环），可以把它用作在不同上下文（线程）间传递数据的buffer。RingBuffer拥有一个序号，这个序号（sequence）指向数组中下一个可用元素。随着你不停地填充这个buffer（可能会有相应的读取），这个序号一直增长，直到绕过这个环。要找到数组中当前序号指向的元素，可以通过mod操作：sequence mod array.length = array.index（取模操作）。如果槽的个数是2的N次方更有利于基于二进制的计算机计算。

    场景使用

    在HelloWorld的实例中，我们创建Disruptor实例，然后调用getRingBuffer方法区获取RingBuffer，其实很多时候，我们可以直接使用RingBuffer，以及其他的API操作。
  • 使用EventProcessor消息处理器：
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public class Main1 {  
   
	public static void main(String[] args) throws Exception {  
        int BUFFER_SIZE=1024;  
        int THREAD_NUMBERS=4;  
        /* 
         * createSingleProducer创建一个单生产者的RingBuffer， 
         * 第一个参数叫EventFactory，从名字上理解就是"事件工厂"，其实它的职责就是产生数据填充RingBuffer的区块。 
         * 第二个参数是RingBuffer的大小，它必须是2的指数倍 目的是为了将求模运算转为&运算提高效率 
         * 第三个参数是RingBuffer的生产都在没有可用区块的时候(可能是消费者（或者说是事件处理器） 太慢了)的等待策略 
         */  
        final RingBuffer<Trade> ringBuffer = RingBuffer.createSingleProducer(new EventFactory<Trade>() {  
            @Override  
            public Trade newInstance() {  
                return new Trade();  
            }  
        }, BUFFER_SIZE, new YieldingWaitStrategy());  
        
        //创建线程池  
        ExecutorService executors = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_NUMBERS);  
        
        //创建SequenceBarrier  
        SequenceBarrier sequenceBarrier = ringBuffer.newBarrier();  
          
        //创建消息处理器  
        BatchEventProcessor<Trade> transProcessor = new BatchEventProcessor<Trade>(  
                ringBuffer, sequenceBarrier, new TradeHandler());  
          
        //这一步的目的就是把消费者的位置信息引用注入到生产者    如果只有一个消费者的情况可以省略 
        ringBuffer.addGatingSequences(transProcessor.getSequence());  
          
        //把消息处理器提交到线程池  
        executors.submit(transProcessor);  
        
        //如果存在多个消费者 那重复执行上面3行代码 把TradeHandler换成其它消费者类  
          
        Future<?> future= executors.submit(new Callable<Void>() {  
            @Override  
            public Void call() throws Exception {  
                long seq;  
                for(int i=0;i<10;i++){  
                    seq = ringBuffer.next();//占个坑 --ringBuffer一个可用区块  
                    ringBuffer.get(seq).setPrice(Math.random()*9999);//给这个区块放入 数据 
                    ringBuffer.publish(seq);//发布这个区块的数据使handler(consumer)可见  
                }  
                return null;  
            }  
        }); 
        
        future.get();//等待生产者结束  
        Thread.sleep(1000);//等上1秒，等消费都处理完成  
        transProcessor.halt();//通知事件(或者说消息)处理器 可以结束了（并不是马上结束!!!）  
        executors.shutdown();//终止线程  
    }  
}
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public class TradeHandler implements EventHandler<Trade>, WorkHandler<Trade> {  
	  
    @Override  
    public void onEvent(Trade event, long sequence, boolean endOfBatch) throws Exception {  
        this.onEvent(event);  
    }  
  
    @Override  
    public void onEvent(Trade event) throws Exception {  
        //这里做具体的消费逻辑  
        event.setId(UUID.randomUUID().toString());//简单生成下ID  
        System.out.println(event.getId());  
    }  
}
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public class Trade {  
	
	private String id;//ID  
	private String name;
	private double price;//金额  
	private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
	
	public String getId() {
		return id;
	}
	public void setId(String id) {
		this.id = id;
	}
	public String getName() {
		return name;
	}
	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
	public double getPrice() {
		return price;
	}
	public void setPrice(double price) {
		this.price = price;
	}
	public AtomicInteger getCount() {
		return count;
	}
	public void setCount(AtomicInteger count) {
		this.count = count;
	} 
	  
	  
}
  • 使用WorkerPool消息处理器：
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public class Main2 {  
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
        int BUFFER_SIZE=1024;  
        int THREAD_NUMBERS=4;  
        
        EventFactory<Trade> eventFactory = new EventFactory<Trade>() {  
            public Trade newInstance() {  
                return new Trade();  
            }  
        };  
        
        RingBuffer<Trade> ringBuffer = RingBuffer.createSingleProducer(eventFactory, BUFFER_SIZE);  
          
        SequenceBarrier sequenceBarrier = ringBuffer.newBarrier();  
          
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_NUMBERS);  
          
        WorkHandler<Trade> handler = new TradeHandler();  

        WorkerPool<Trade> workerPool = new WorkerPool<Trade>(ringBuffer, sequenceBarrier, new IgnoreExceptionHandler(), handler);  
          
        workerPool.start(executor);  
          
        //下面这个生产8个数据
        for(int i=0;i<8;i++){  
            long seq=ringBuffer.next();  
            ringBuffer.get(seq).setPrice(Math.random()*9999);  
            ringBuffer.publish(seq);  
        }  
          
        Thread.sleep(1000);  
        workerPool.halt();  
        executor.shutdown();  
    }  
}
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public class TradeHandler implements EventHandler<Trade>, WorkHandler<Trade> {  
	  
    @Override  
    public void onEvent(Trade event, long sequence, boolean endOfBatch) throws Exception {  
        this.onEvent(event);  
    }  
  
    @Override  
    public void onEvent(Trade event) throws Exception {  
        //这里做具体的消费逻辑  
        event.setId(UUID.randomUUID().toString());//简单生成下ID  
        System.out.println(event.getId());  
    }  
}
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public class Trade {  
	
	private String id;//ID  
	private String name;
	private double price;//金额  
	private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
	
	public String getId() {
		return id;
	}
	public void setId(String id) {
		this.id = id;
	}
	public String getName() {
		return name;
	}
	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
	public double getPrice() {
		return price;
	}
	public void setPrice(double price) {
		this.price = price;
	}
	public AtomicInteger getCount() {
		return count;
	}
	public void setCount(AtomicInteger count) {
		this.count = count;
	} 
	  
	  
}
  • 在复杂场景下使用RingBuffer（希望P1生产的数据给C1、C2并行执行，最后C1、C2执行结束后C3执行）：
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public class Main {  
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
       
    	long beginTime=System.currentTimeMillis();  
        int bufferSize=1024;  
        ExecutorService executor=Executors.newFixedThreadPool(8);  

        Disruptor<Trade> disruptor = new Disruptor<Trade>(new EventFactory<Trade>() {  
            @Override  
            public Trade newInstance() {  
                return new Trade();  
            }  
        }, bufferSize, executor, ProducerType.SINGLE, new BusySpinWaitStrategy());  
        
        //菱形操作
        /**
        //使用disruptor创建消费者组C1,C2  
        EventHandlerGroup<Trade> handlerGroup = 
        		disruptor.handleEventsWith(new Handler1(), new Handler2());
        //声明在C1,C2完事之后执行JMS消息发送操作 也就是流程走到C3 
        handlerGroup.then(new Handler3());
        */
        
        //顺序操作
        /**
        disruptor.handleEventsWith(new Handler1()).
        	handleEventsWith(new Handler2()).
        	handleEventsWith(new Handler3());
        */
        
        //六边形操作. 
        /**
        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);
        */
        
        
        
        disruptor.start();//启动  
        CountDownLatch latch=new CountDownLatch(1);  
        //生产者准备  
        executor.submit(new TradePublisher(latch, disruptor));
        
        latch.await();//等待生产者完事. 
       
        disruptor.shutdown();  
        executor.shutdown();  
        System.out.println("总耗时:"+(System.currentTimeMillis()-beginTime));  
    }  
}
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public class Handler1 implements EventHandler<Trade>,WorkHandler<Trade> {  
	  
    @Override  
    public void onEvent(Trade event, long sequence, boolean endOfBatch) throws Exception {  
        this.onEvent(event);  
    }  
  
    @Override  
    public void onEvent(Trade event) throws Exception {  
    	System.out.println("handler1: set name");
    	event.setName("h1");
    	Thread.sleep(1000);
    }  
}
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public class Handler2 implements EventHandler<Trade> {  
	  
    @Override  
    public void onEvent(Trade event, long sequence,  boolean endOfBatch) throws Exception {  
    	System.out.println("handler2: set price");
    	event.setPrice(17.0);
    	Thread.sleep(1000);
    }  
      
}
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public class Handler3 implements EventHandler<Trade> {
    @Override  
    public void onEvent(Trade event, long sequence,  boolean endOfBatch) throws Exception {  
    	System.out.println("handler3: name: " + event.getName() + " , price: " + event.getPrice() + ";  instance: " + event.toString());
    }  
}
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public class Handler4 implements EventHandler<Trade>,WorkHandler<Trade> {  
	  
    @Override  
    public void onEvent(Trade event, long sequence, boolean endOfBatch) throws Exception {  
        this.onEvent(event);  
    }  
  
    @Override  
    public void onEvent(Trade event) throws Exception {  
    	System.out.println("handler4: get name : " + event.getName());
    	event.setName(event.getName() + "h4");
    }  
}
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public class Handler5 implements EventHandler<Trade>,WorkHandler<Trade> {  
	  
    @Override  
    public void onEvent(Trade event, long sequence, boolean endOfBatch) throws Exception {  
        this.onEvent(event);  
    }  
  
    @Override  
    public void onEvent(Trade event) throws Exception {  
    	System.out.println("handler5: get price : " + event.getPrice());
    	event.setPrice(event.getPrice() + 3.0);
    }  
}
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public class TradePublisher implements Runnable {  
	
    Disruptor<Trade> disruptor;  
    private CountDownLatch latch;  
    
    private static int LOOP=10;//模拟百万次交易的发生  
  
    public TradePublisher(CountDownLatch latch,Disruptor<Trade> disruptor) {  
        this.disruptor=disruptor;  
        this.latch=latch;  
    }  
  
    @Override  
    public void run() {  
    	TradeEventTranslator tradeTransloator = new TradeEventTranslator();  
        for(int i=0;i<LOOP;i++){  
            disruptor.publishEvent(tradeTransloator);  
        }  
        latch.countDown();  
    }  
      
}  
  
class TradeEventTranslator implements EventTranslator<Trade>{  
    
	private Random random=new Random();  
    
	@Override  
    public void translateTo(Trade event, long sequence) {  
        this.generateTrade(event);  
    }  
    
	private Trade generateTrade(Trade trade){  
        trade.setPrice(random.nextDouble()*9999);  
        return trade;  
    }  
	
}
  • 多生产者和多消费者（复杂场景使用Disruptor，简单场景使用RingBuffer即可）：
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public class Main {
	
	public static void main(String[] args) throws Exception {

		//创建ringBuffer
		RingBuffer<Order> ringBuffer = 
				RingBuffer.create(ProducerType.MULTI, 
						new EventFactory<Order>() {  
				            @Override  
				            public Order newInstance() {  
				                return new Order();  
				            }  
				        }, 
				        1024 * 1024, 
						new YieldingWaitStrategy());
		
		SequenceBarrier barriers = ringBuffer.newBarrier();
		
		Consumer[] consumers = new Consumer[3];
		for(int i = 0; i < consumers.length; i++){
			consumers[i] = new Consumer("c" + i);
		}
		
		WorkerPool<Order> workerPool = 
				new WorkerPool<Order>(ringBuffer, 
						barriers, 
						new IntEventExceptionHandler(),
						consumers);
		
        ringBuffer.addGatingSequences(workerPool.getWorkerSequences());  
        workerPool.start(Executors.newFixedThreadPool(Runtime.getRuntime().availableProcessors()));  
        
        final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
        for (int i = 0; i < 100; i++) {  
        	final Producer p = new Producer(ringBuffer);
        	new Thread(new Runnable() {
				@Override
				public void run() {
					try {
						latch.await();
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
					for(int j = 0; j < 100; j ++){
						p.onData(UUID.randomUUID().toString());
					}
				}
			}).start();
        } 
        Thread.sleep(2000);
        System.out.println("---------------开始生产-----------------");
        latch.countDown();
        Thread.sleep(5000);
        System.out.println("总数:" + consumers[0].getCount() );
	}
	
	static class IntEventExceptionHandler implements ExceptionHandler {  
	    public void handleEventException(Throwable ex, long sequence, Object event) {}  
	    public void handleOnStartException(Throwable ex) {}  
	    public void handleOnShutdownException(Throwable ex) {}  
	} 
}
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public class Order {  
	
	private String id;//ID  
	private String name;
	private double price;//金额  
	
	public String getId() {
		return id;
	}
	public void setId(String id) {
		this.id = id;
	}
	public String getName() {
		return name;
	}
	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
	public double getPrice() {
		return price;
	}
	public void setPrice(double price) {
		this.price = price;
	}
	  
}
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public class Producer {

	private final RingBuffer<Order> ringBuffer;
	
	public Producer(RingBuffer<Order> ringBuffer){
		this.ringBuffer = ringBuffer;
	}
	
	/**
	 * onData用来发布事件，每调用一次就发布一次事件
	 * 它的参数会用过事件传递给消费者
	 */
	public void onData(String data){
		//可以把ringBuffer看做一个事件队列，那么next就是得到下面一个事件槽
		long sequence = ringBuffer.next();
		try {
			//用上面的索引取出一个空的事件用于填充（获取该序号对应的事件对象）
			Order order = ringBuffer.get(sequence);
			//获取要通过事件传递的业务数据
			order.setId(data);
		} finally {
			//发布事件
			//注意，最后的 ringBuffer.publish 方法必须包含在 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它的 producer。
			ringBuffer.publish(sequence);
		}
	}
	
	
}
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public class Consumer implements WorkHandler<Order>{
	
	private String consumerId;
	
	private static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
	
	public Consumer(String consumerId){
		this.consumerId = consumerId;
	}

	@Override
	public void onEvent(Order order) throws Exception {
		System.out.println("当前消费者: " + this.consumerId + "，消费信息：" + order.getId());
		count.incrementAndGet();
	}
	
	public int getCount(){
		return count.get();
	}

}
-------------本文结束感谢您的阅读-------------