Spring Boot 使用 Disruptor 做内部高性能消息队列

向右看齐 2023-09-28 14:22 22阅读 0赞

### **01、背景** ###

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

### **02、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

### **03、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。

### **04、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。

### **05、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）。

### **06、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。

### **07、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。

### **08、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）

### **09、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。

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图片

### **13、案例-demo** ###

*  通过下面8个步骤,你就能将Disruptor Get回家啦：
 *  1、添加pom.xml依赖

<dependency>
        <groupId>com.lmax</groupId>
        <artifactId>disruptor</artifactId>
        <version>3.3.4</version>
    </dependency>

*  2、消息体Model

/**
     * 消息体
     */
    @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 event, long sequence, boolean endOfBatch) {
            try {
                //这里停止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 (event != null) {
                    log.info("消费者消费的信息是：{}",event);
                }
            } 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
     */
    @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、构造MQManager

@Configuration
    public class MQManager {
    
        @Bean("messageModel")
        public RingBuffer<MessageModel> messageModelRingBuffer() {
            //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
            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;
    
            //单线程模式，获取额外的性能
            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，用于接取生产者生产的事件
            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
         */
        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);
            //获取下一个Event槽的下标
            long sequence = messageModelRingBuffer.next();
            try {
                //给Event填充数据
                MessageModel event = messageModelRingBuffer.get(sequence);
                event.setMessage(message);
                log.info("往消息队列中添加消息：{}", event);
            } catch (Exception e) {
                log.error("failed to add event to messageModelRingBuffer for : e = {},{}",e,e.getMessage());
            } finally {
                //发布Event，激活观察者去消费，将sequence传递给改消费者
                //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
                messageModelRingBuffer.publish(sequence);
            }
        }
    }

*  8、构造测试类及方法

@Slf4j
    @RunWith(SpringRunner.class)
    @SpringBootTest(classes = DemoApplication.class)
    public class DemoApplicationTests {
    
        @Autowired
        private DisruptorMqService disruptorMqService;
        /**
         * 项目内部使用Disruptor做消息队列
         * @throws Exception
         */
        @Test
        public void sayHelloMqTest() throws Exception{
            disruptorMqService.sayHelloMq("消息到了，Hello world!");
            log.info("消息队列已发送完毕");
            //这里停止2000ms是为了确定是处理消息是异步的
            Thread.sleep(2000);
        }
    }

测试运行结果

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  : 往消息队列中添加消息：MessageModel(message=消息到了，Hello world!)
    2020-04-05 14:31:18.545  INFO 7274 --- [           main] c.e.utils.demo.DemoApplicationTests      : 消息队列已发送完毕
    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
    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!)
    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。

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