Java SpringBoot Disruptor

1、背景

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

2、Disruptor介绍

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 其实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。
  6. Disruptor的github主页：https://github.com/LMAX-Exchange/disruptor

    3、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。

    4、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。

    5、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）。

    6、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。

    7、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。

    8、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）

    9、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。

    10、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)。

    11、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。

    12、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。
    2022-03-27-10-22-09-512956.png

    13、案例-Demo

  • 通过下面8个步骤，就能将Disruptor Get回家啦：

    1、添加pom.xml依赖

    1. <dependency>
    2.   <groupId>com.lmax</groupId>
    3.   <artifactId>disruptor</artifactId>
    4.   <version>3.3.4</version>
    5. </dependency>

    2、消息体Model

    1. /**
    2. * 消息体
    3. */
    4. @Data
    5. public class MessageModel {
    6.   private String message;
    7. }

    3、构造EventFactory

    1. public class HelloEventFactory implements EventFactory<MessageModel> {
    2.   @Override
    3.   public MessageModel newInstance() {
    4.       return new MessageModel();
    5.   }
    6. }

    4、构造EventHandler-消费者

    1. @Slf4j
    2. public class HelloEventHandler implements EventHandler<MessageModel> {
    3.   @Override
    4.   public void onEvent(MessageModel event, long sequence, boolean endOfBatch) {
    5.       try {
    6.           //这里停止1000ms是为了确定消费消息是异步的
    7.           Thread.sleep(1000);
    8.           log.info("消费者处理消息开始");
    9.           if (event != null) {
    10.               log.info("消费者消费的信息是：{}",event);
    11.           }
    12.       } catch (Exception e) {
    13.           log.info("消费者处理消息失败");
    14.       }
    15.       log.info("消费者处理消息结束");
    16.   }
    17. }

    5、构造BeanManager

    1. /**
    2. * 获取实例化对象
    3. */
    4. @Component
    5. public class BeanManager implements ApplicationContextAware {
    7.   private static ApplicationContext applicationContext = null;
    9.   @Override
    10.   public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
    11.       this.applicationContext = applicationContext;
    12.   }
    14.   public static ApplicationContext getApplicationContext() { return applicationContext; }
    16.   public static Object getBean(String name) {
    17.       return applicationContext.getBean(name);
    18.   }
    20.   public static <T> T getBean(Class<T> clazz) {
    21.       return applicationContext.getBean(clazz);
    22.   }
    23. }

    6、构造MQManager

    1. @Configuration
    2. public class MQManager {
    4.   @Bean("messageModel")
    5.   public RingBuffer<MessageModel> messageModelRingBuffer() {
    6.       //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
    7.       ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
    9.       //指定事件工厂
    10.       HelloEventFactory factory = new HelloEventFactory();
    12.       //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
    13.       int bufferSize = 1024 * 256;
    15.       //单线程模式，获取额外的性能
    16.       Disruptor<MessageModel> disruptor = new Disruptor<>(factory, bufferSize, executor,
    17.               ProducerType.SINGLE, new BlockingWaitStrategy());
    19.       //设置事件业务处理器---消费者
    20.       disruptor.handleEventsWith(new HelloEventHandler());
    22.       // 启动disruptor线程
    23.       disruptor.start();
    25.       //获取ringbuffer环，用于接取生产者生产的事件
    26.       RingBuffer<MessageModel> ringBuffer = disruptor.getRingBuffer();
    28.       return ringBuffer;
    29.   }
    30. }

    7、构造Mqservice和实现类-生产者

    ```java public interface DisruptorMqService {

    /**

    • 消息
    • @param message */ void sayHelloMq(String message); }

@Slf4j @Component @Service public class DisruptorMqServiceImpl implements DisruptorMqService {

  1. @Autowired
  2. private RingBuffer<MessageModel> messageModelRingBuffer;
  5. @Override
  6. public void sayHelloMq(String message) {
  7.     log.info("record the message: {}",message);
  8.     //获取下一个Event槽的下标
  9.     long sequence = messageModelRingBuffer.next();
  10.     try {
  11.         //给Event填充数据
  12.         MessageModel event = messageModelRingBuffer.get(sequence);
  13.         event.setMessage(message);
  14.         log.info("往消息队列中添加消息：{}", event);
  15.     } catch (Exception e) {
  16.         log.error("failed to add event to messageModelRingBuffer for : e = {},{}",e,e.getMessage());
  17.     } finally {
  18.         //发布Event，激活观察者去消费，将sequence传递给改消费者
  19.         //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
  20.         messageModelRingBuffer.publish(sequence);
  21.     }
  22. }

}

  1. <a name="szCB0"></a>
  2. ### 8、构造测试类及方法
  3. ```java
  4. @Slf4j
  5. @RunWith(SpringRunner.class)
  6. @SpringBootTest(classes = DemoApplication.class)
  7. public class DemoApplicationTests {
  9.     @Autowired
  10.     private DisruptorMqService disruptorMqService;
  11.     /**
  12.      * 项目内部使用Disruptor做消息队列
  13.      * @throws Exception
  14.      */
  15.     @Test
  16.     public void sayHelloMqTest() throws Exception{
  17.         disruptorMqService.sayHelloMq("消息到了，Hello world!");
  18.         log.info("消息队列已发送完毕");
  19.         //这里停止2000ms是为了确定是处理消息是异步的
  20.         Thread.sleep(2000);
  21.     }
  22. }

测试运行结果

  1. 2020-04-05 14:31:18.543  INFO 7274 --- [           main] c.e.u.d.d.s.Impl.DisruptorMqServiceImpl  : record the message: 消息到了，Hello world!
  2. 2020-04-05 14:31:18.545  INFO 7274 --- [           main] c.e.u.d.d.s.Impl.DisruptorMqServiceImpl  : 往消息队列中添加消息：MessageModel(message=消息到了，Hello world!)
  3. 2020-04-05 14:31:18.545  INFO 7274 --- [           main] c.e.utils.demo.DemoApplicationTests      : 消息队列已发送完毕
  4. 2020-04-05 14:31:19.547  INFO 7274 --- [pool-1-thread-1] c.e.u.d.disrupMq.mq.HelloEventHandler    : 消费者处理消息开始
  5. 2020-04-05 14:31:19.547  INFO 7274 --- [pool-1-thread-1] c.e.u.d.disrupMq.mq.HelloEventHandler    : 消费者消费的信息是：MessageModel(message=消息到了，Hello world!)
  6. 2020-04-05 14:31:19.547  INFO 7274 --- [pool-1-thread-1] c.e.u.d.disrupMq.mq.HelloEventHandler    : 消费者处理消息结束

14、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。