SpringBoot+Disruptor

1. 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

2. Disruptor核心概念

先从连接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的核心对象

2.1 Ring Buffer

环形的缓冲区，曾经RingBuffer是Disruptor中最主要的对象，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， RingBuffer可以由用户的自定义实现来完全替代

2.2 Sequence Disruptor

通过顺序递增的序号来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，就是防不同的sequence之间的CPU缓存伪共享（False Sharing）问题。

2.3 Sequencer

Sequencer是Disruptor的真正核心。此接口有两个实现类SingleProducerSequencer和MultiProducerSequencer，他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。

2.4 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。

2.5 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）

2.6 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。

2.7 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)。

2.8 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。

2.9 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。

3. 案例Demo

1. 添加pom.xml依赖

   <parent>
       <artifactId>spring-boot-dependencies</artifactId>
       <groupId>org.springframework.boot</groupId>
       <version>2.3.5.RELEASE</version>
   </parent>
   <dependencies>
       <dependency>
           <groupId>org.springframework.boot</groupId>
           <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
       </dependency>
       <!-- 主要的 -->
       <dependency>
           <groupId>com.lmax</groupId>
           <artifactId>disruptor</artifactId>
           <version>3.4.1</version>
       </dependency>
       <dependency>
           <groupId>org.projectlombok</groupId>
           <artifactId>lombok</artifactId>
           <version>1.18.22</version>
       </dependency>
       <dependency>
           <groupId>org.springframework.boot</groupId>
           <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
       </dependency>
       <dependency>
           <groupId>junit</groupId>
           <artifactId>junit</artifactId>
           <version>4.12</version>
           <scope>test</scope>
       </dependency>
   </dependencies>

2. 消息体Model

   @Data
   public class MessageModel {
       private String message;
   }

3. 构造EventFactory

   public class HelloEventFactory implements EventFactory<MessageModel> {
       @Override
       public MessageModel newInstance() {
           return new MessageModel();
       }
   }

4. 构造EventHandler - 消费者

   @Slf4j
   public class HelloEventHandler implements EventHandler<MessageModel> {
   
       @Override
       public void onEvent(MessageModel messageModel, long l, boolean b) {
           try {
               //这里停顿1000ms是为了确定消费消息是异步的
               Thread.sleep(1000);
               log.info("消费者处理消息开始");
               if (messageModel != null) {
                   log.info("消费者消费的消息是：{}", messageModel);
               }
           } catch (Exception e) {
               log.info("消费者处理消息失败");
           }
           log.info("消费者处理消息结束");
       }
   }

5. 构造BeanManager

   /**
    * 获取实例化对象
    * @author xiaoyuge
    */
   @Component
   public class BeanManager implements ApplicationContextAware {
   
       private static ApplicationContext applicationContext = null;
   
       @Override
       public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
           BeanManager.applicationContext = applicationContext;
       }
   
       public static ApplicationContext getApplicationContext() {
           return applicationContext;
       }
   
       public static Object getBean(String name) {
           return applicationContext.getBean(name);
       }
   
       public static <T> T getBean(Class<T> clazz) {
           return applicationContext.getBean(clazz);
       }
   }

6. 构造MQManager

   @Configuration
   public class MQManager {
   
       @Bean("messageModel")
       public RingBuffer<MessageModel> messageModelRingBuffer() {
           ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
   
           //指定事件工厂
           HelloEventFactory factory = new HelloEventFactory();
           //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
           int bufferSize = 1024 * 256;
   
           Disruptor<MessageModel> disruptor = new Disruptor<>(factory, bufferSize, executor, ProducerType.SINGLE, new BlockingWaitStrategy());
           //设置事件业务处理器---消费者
           disruptor.handleEventsWith(new HelloEventHandler());
           //启动disruptor线程
           disruptor.start();
           //获取ringBuffer环， 用于接收生产者生产的事件
           RingBuffer<MessageModel> ringBuffer = disruptor.getRingBuffer();
           return ringBuffer;
       }
   }

7. 构造MqService和实现类- 生产者

   public interface DisruptorMqService {
   
       /**
        * 消息
        * @param message 消息内容
        */
       void sayHelloMq(String message);
   }

   实现类：

   @Slf4j
   @Component
   @Service
   public class DsiruptorMqServiceImpl implements DisruptorMqService {
   
       @Autowired
       private RingBuffer<MessageModel> messageModelRingBuffer;
   
       /**
        * 消息
        * @param message 消息内容
        */
       @Override
       public void sayHelloMq(String message) {
           log.info("record the message:{}", message);
           //获取下一个Event槽的下标
           long sequence = messageModelRingBuffer.next();
           try {
               MessageModel event = messageModelRingBuffer.get(sequence);
               event.setMessage(message);
               log.info("网消息队列中添加消息:{}",event);
           }catch (Exception e) {
               log.error("添加失败:{}",e);
           }finally {
               //发布Event，激活观察者去消费，将sequence传递给消费者
               //注意最后的publish方法必须放在finally中以确保必须调用；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
               messageModelRingBuffer.publish(sequence);
           }
       }
   }

8. 构造测试类以及方法

   @Slf4j
   @SpringBootTest(classes = App.class)
   @RunWith(SpringRunner.class)
   public class AppTest {
   
       @Autowired
       private DisruptorMqService disruptorMqService;
   
       @Test
       public void sayHelloTest() throws Exception {
          disruptorMqService.sayHelloMq("消息到了， hello world !");
          log.info("消息队列以发送完毕");
          //这里停顿2000ms是为了确定处理消息是异步的
          Thread.sleep(2000);
       }
   }

   运行结果：

   2023-01-10 20:44:15.461  INFO 7643 --- [           main] org.example.DsiruptorMqServiceImpl       : record the message:消息到了， hello world !
   2023-01-10 20:44:15.463  INFO 7643 --- [           main] org.example.DsiruptorMqServiceImpl       : 网消息队列中添加消息:MessageModel(message=消息到了， hello world !)
   2023-01-10 20:44:15.463  INFO 7643 --- [           main] org.example.AppTest                      : 消息队列以发送完毕
   2023-01-10 20:44:16.467  INFO 7643 --- [pool-1-thread-1] org.example.handler.HelloEventHandler    : 消费者处理消息开始
   2023-01-10 20:44:16.468  INFO 7643 --- [pool-1-thread-1] org.example.handler.HelloEventHandler    : 消费者消费的消息是：MessageModel(message=消息到了， hello world !)
   2023-01-10 20:44:16.468  INFO 7643 --- [pool-1-thread-1] org.example.handler.HelloEventHandler    : 消费者处理消息结束

4. 总结

其实生产者-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