Spring Boot 使用 Disruptor 做內(nèi)部高性能消息隊(duì)列
工作中遇到項(xiàng)目使用Disruptor做消息隊(duì)列,對(duì)你沒看錯(cuò)，不是Kafka，也不是rabbitmq。Disruptor有個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)就是快，還有一點(diǎn)它是開源的哦,下面做個(gè)簡(jiǎn)單的記錄。
Disruptor介紹
- Disruptor 是英國(guó)外匯交易公司LMAX開發(fā)的一個(gè)高性能隊(duì)列，研發(fā)的初衷是解決內(nèi)存隊(duì)列的延遲問題（在性能測(cè)試中發(fā)現(xiàn)竟然與I/O操作處于同樣的數(shù)量級(jí)）。基于 Disruptor 開發(fā)的系統(tǒng)單線程能支撐每秒 600 萬訂單，2010 年在 QCon 演講后，獲得了業(yè)界關(guān)注。
- Disruptor是一個(gè)開源的Java框架，它被設(shè)計(jì)用于在生產(chǎn)者—消費(fèi)者（producer-consumer problem，簡(jiǎn)稱PCP）問題上獲得盡量高的吞吐量（TPS）和盡量低的延遲。
- 從功能上來看，Disruptor 是實(shí)現(xiàn)了“隊(duì)列”的功能，而且是一個(gè)有界隊(duì)列。那么它的應(yīng)用場(chǎng)景自然就是“生產(chǎn)者-消費(fèi)者”模型的應(yīng)用場(chǎng)合了。
- Disruptor是LMAX在線交易平臺(tái)的關(guān)鍵組成部分，LMAX平臺(tái)使用該框架對(duì)訂單處理速度能達(dá)到600萬TPS，除金融領(lǐng)域之外，其他一般的應(yīng)用中都可以用到Disruptor，它可以帶來顯著的性能提升。
- 其實(shí)Disruptor與其說是一個(gè)框架，不如說是一種設(shè)計(jì)思路，這個(gè)設(shè)計(jì)思路對(duì)于存在“并發(fā)、緩沖區(qū)、生產(chǎn)者—消費(fèi)者模型、事務(wù)處理”這些元素的程序來說，Disruptor提出了一種大幅提升性能（TPS）的方案。
- Disruptor的github主頁：https://github.com/LMAX-Exchange/disruptor
Disruptor 的核心概念
先從了解 Disruptor 的核心概念開始，來了解它是如何運(yùn)作的。下面介紹的概念模型，既是領(lǐng)域?qū)ο螅彩怯成涞酱a實(shí)現(xiàn)上的核心對(duì)象。
Ring Buffer
如其名，環(huán)形的緩沖區(qū)。曾經(jīng) RingBuffer 是 Disruptor 中的最主要的對(duì)象，但從3.0版本開始，其職責(zé)被簡(jiǎn)化為僅僅負(fù)責(zé)對(duì)通過 Disruptor 進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)（事件）進(jìn)行存儲(chǔ)和更新。在一些更高級(jí)的應(yīng)用場(chǎng)景中，Ring Buffer 可以由用戶的自定義實(shí)現(xiàn)來完全替代。
Sequence Disruptor
通過順序遞增的序號(hào)來編號(hào)管理通過其進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)（事件），對(duì)數(shù)據(jù)(事件)的處理過程總是沿著序號(hào)逐個(gè)遞增處理。一個(gè) Sequence 用于跟蹤標(biāo)識(shí)某個(gè)特定的事件處理者( RingBuffer/Consumer )的處理進(jìn)度。雖然一個(gè) AtomicLong 也可以用于標(biāo)識(shí)進(jìn)度，但定義 Sequence 來負(fù)責(zé)該問題還有另一個(gè)目的，那就是防止不同的 Sequence 之間的CPU緩存?zhèn)喂蚕?Flase Sharing)問題。（注：這是 Disruptor 實(shí)現(xiàn)高性能的關(guān)鍵點(diǎn)之一，網(wǎng)上關(guān)于偽共享問題的介紹已經(jīng)汗牛充棟，在此不再贅述）。
Sequencer
Sequencer 是 Disruptor 的真正核心。此接口有兩個(gè)實(shí)現(xiàn)類 SingleProducerSequencer、MultiProducerSequencer ，它們定義在生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間快速、正確地傳遞數(shù)據(jù)的并發(fā)算法。
Sequence Barrier
用于保持對(duì)RingBuffer的 main published Sequence 和Consumer依賴的其它Consumer的 Sequence 的引用。Sequence Barrier 還定義了決定 Consumer 是否還有可處理的事件的邏輯。
Wait Strategy
定義 Consumer 如何進(jìn)行等待下一個(gè)事件的策略。（注：Disruptor 定義了多種不同的策略，針對(duì)不同的場(chǎng)景，提供了不一樣的性能表現(xiàn)）
Event
在 Disruptor 的語義中，生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)被稱為事件(Event)。它不是一個(gè)被 Disruptor 定義的特定類型，而是由 Disruptor 的使用者定義并指定。
EventProcessor
EventProcessor 持有特定消費(fèi)者(Consumer)的 Sequence，并提供用于調(diào)用事件處理實(shí)現(xiàn)的事件循環(huán)(Event Loop)。
EventHandler
Disruptor 定義的事件處理接口，由用戶實(shí)現(xiàn)，用于處理事件，是 Consumer 的真正實(shí)現(xiàn)。
Producer
即生產(chǎn)者，只是泛指調(diào)用 Disruptor 發(fā)布事件的用戶代碼，Disruptor 沒有定義特定接口或類型。
案例-demo
通過下面8個(gè)步驟,你就能將Disruptor Get回家啦：
1.添加pom.xml依賴
<dependency>
<groupId>com.lmax</groupId>
<artifactId>disruptor</artifactId>
<version>3.3.4</version>
</dependency>
2.消息體Model
/**
* 消息體
*/
@Data
public class MessageModel {
private String message;
}
3.構(gòu)造EventFactory
public class HelloEventFactory implements EventFactory<MessageModel> {
@Override
public MessageModel newInstance() {
return new MessageModel();
}
}
4.構(gòu)造EventHandler-消費(fèi)者
@Slf4j
public class HelloEventHandler implements EventHandler<MessageModel> {
@Override
public void onEvent(MessageModel event, long sequence, boolean endOfBatch) {
try {
//這里停止1000ms是為了確定消費(fèi)消息是異步的
Thread.sleep(1000);
log.info("消費(fèi)者處理消息開始");
if (event != null) {
log.info("消費(fèi)者消費(fèi)的信息是：{}",event);
}
} catch (Exception e) {
log.info("消費(fèi)者處理消息失敗");
}
log.info("消費(fèi)者處理消息結(jié)束");
}
}
5.構(gòu)造BeanManager
/**
* 獲取實(shí)例化對(duì)象
*/
@Component
public class BeanManager implements ApplicationContextAware {
private static ApplicationContext applicationContext = null;
@Override
public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
this.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.構(gòu)造MQManager
@Configuration
public class MQManager {
@Bean("messageModel")
public RingBuffer<MessageModel> messageModelRingBuffer() {
//定義用于事件處理的線程池， Disruptor通過java.util.concurrent.ExecutorSerivce提供的線程來觸發(fā)consumer的事件處理
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
//指定事件工廠
HelloEventFactory factory = new HelloEventFactory();
//指定ringbuffer字節(jié)大小，必須為2的N次方（能將求模運(yùn)算轉(zhuǎn)為位運(yùn)算提高效率），否則將影響效率
int bufferSize = 1024 * 256;
//單線程模式，獲取額外的性能
Disruptor<MessageModel> disruptor = new Disruptor<>(factory, bufferSize, executor,
ProducerType.SINGLE, new BlockingWaitStrategy());
//設(shè)置事件業(yè)務(wù)處理器---消費(fèi)者
disruptor.handleEventsWith(new HelloEventHandler());
// 啟動(dòng)disruptor線程
disruptor.start();
//獲取ringbuffer環(huán)，用于接取生產(chǎn)者生產(chǎn)的事件
RingBuffer<MessageModel> ringBuffer = disruptor.getRingBuffer();
return ringBuffer;
}
7.構(gòu)造Mqservice和實(shí)現(xiàn)類-生產(chǎn)者
public interface DisruptorMqService {
/**
* 消息
* @param message
*/
void sayHelloMq(String message);
}
@Slf4j
@Component
@Service
public class DisruptorMqServiceImpl implements DisruptorMqService {
@Autowired
private RingBuffer<MessageModel> messageModelRingBuffer;
@Override
public void sayHelloMq(String message) {
log.info("record the message: {}",message);
//獲取下一個(gè)Event槽的下標(biāo)
long sequence = messageModelRingBuffer.next();
try {
//給Event填充數(shù)據(jù)
MessageModel event = messageModelRingBuffer.get(sequence);
event.setMessage(message);
log.info("往消息隊(duì)列中添加消息：{}", event);
} catch (Exception e) {
log.error("failed to add event to messageModelRingBuffer for : e = {},{}",e,e.getMessage());
} finally {
//發(fā)布Event，激活觀察者去消費(fèi)，將sequence傳遞給改消費(fèi)者
//注意最后的publish方法必須放在finally中以確保必須得到調(diào)用；如果某個(gè)請(qǐng)求的sequence未被提交將會(huì)堵塞后續(xù)的發(fā)布操作或者其他的producer
messageModelRingBuffer.publish(sequence);
}
}
}
8.構(gòu)造測(cè)試類及方法
@Slf4j
@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest(classes = DemoApplication.class)
public class DemoApplicationTests {
@Autowired
private DisruptorMqService disruptorMqService;
/**
* 項(xiàng)目?jī)?nèi)部使用Disruptor做消息隊(duì)列
* @throws Exception
*/
@Test
public void sayHelloMqTest() throws Exception{
disruptorMqService.sayHelloMq("消息到了，Hello world!");
log.info("消息隊(duì)列已發(fā)送完畢");
//這里停止2000ms是為了確定是處理消息是異步的
Thread.sleep(2000);
}
}
測(cè)試運(yùn)行結(jié)果：
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!
2020-04-05 14:31:18.545 INFO 7274 --- [ main] c.e.u.d.d.s.Impl.DisruptorMqServiceImpl : 往消息隊(duì)列中添加消息：MessageModel(message=消息到了，Hello world!)
2020-04-05 14:31:18.545 INFO 7274 --- [ main] c.e.utils.demo.DemoApplicationTests : 消息隊(duì)列已發(fā)送完畢
2020-04-05 14:31:19.547 INFO 7274 --- [pool-1-thread-1] c.e.u.d.disrupMq.mq.HelloEventHandler : 消費(fèi)者處理消息開始
2020-04-05 14:31:19.547 INFO 7274 --- [pool-1-thread-1] c.e.u.d.disrupMq.mq.HelloEventHandler : 消費(fèi)者消費(fèi)的信息是：MessageModel(message=消息到了，Hello world!)
2020-04-05 14:31:19.547 INFO 7274 --- [pool-1-thread-1] c.e.u.d.disrupMq.mq.HelloEventHandler : 消費(fèi)者處理消息結(jié)束
總結(jié)
其實(shí) 生成者 -> 消費(fèi)者 模式是很常見的，通過一些消息隊(duì)列也可以輕松做到上述的效果。不同的地方在于，Disruptor 是在內(nèi)存中以隊(duì)列的方式去實(shí)現(xiàn)的，而且是無鎖的。這也是 Disruptor 為什么高效的原因。
