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Disruptor

What? 是什么？

高性能的無鎖隊列。

大學在學習到隊列的時候，老師是不是讓我們課下自己去實現(xiàn)阻塞隊列，大家還有印象么？沒有印象建議讀一讀java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue

Why？為什么這么快

偽共享問題處理，緩沖行填充，大量CAS操作，去鎖
無鎖環(huán)形隊列設計，位運算鎖定坑位等

CPU緩存認知

個人圖解disruptor

ringbuffer.jpg

so 到目前為止，如果讓你自己實現(xiàn)一個Disruptor 你會怎么做呢？

Disruptor HelloWorld

知其然，再知其所以然。so 先知其然

(```)

//環(huán)形數(shù)組 位置的數(shù)據(jù)對象
public final class ValueEvent {
    private String value;

    public String getValue() {
        return value;
    }

    public void setValue(String value) {
        this.value = value;
    }

    /**
     * 數(shù)據(jù)對象數(shù)據(jù)工廠
     */
    public final static EventFactory<ValueEvent> EVENT_FACTORY = new EventFactory<ValueEvent>() {
        @Override
        public ValueEvent newInstance() {
            return new ValueEvent();
        }
    };


}

//demo main
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

    //環(huán)形大小
    int ringBufferSize = 2 << 2;

    //disruptor
    Disruptor<ValueEvent> disruptor = new Disruptor<ValueEvent>(ValueEvent.EVENT_FACTORY, ringBufferSize,
            Executors.defaultThreadFactory(), ProducerType.MULTI, new BlockingWaitStrategy());

    //消費端事件處理器
    EventHandler<ValueEvent> eventHandler = new EventHandler<ValueEvent>() {

        @Override
        public void onEvent(final ValueEvent event, final long sequence, final boolean endOfBatch) throws Exception {
            System.out.println("Sequence: " + sequence);
            System.out.println("ValueEvent: " + event.getValue());
        }
    };

    disruptor.handleEventsWith(eventHandler);

    //初始化disruptor
    RingBuffer<ValueEvent> ringBuffer = disruptor.start();

    Thread.sleep(3000L);
    //生產端事件
    for (long i = 0; i < 11; i++) {
        String uuid = UUID.randomUUID().toString();
        // Two phase commit. Grab one of the 1024 slots
        long seq = ringBuffer.next();
        ValueEvent valueEvent = ringBuffer.get(seq);
        valueEvent.setValue(uuid);
        ringBuffer.publish(seq);
    }


    disruptor.shutdown();

}

(```)

關鍵類個人理解

Disruptor:包裝了ringbuffer,消費組

RingBuffer：
數(shù)據(jù)結構：環(huán)形數(shù)組 2的n次階
核心屬性：sequencer發(fā)布坑位神器
next()方法：獲取下一個可以發(fā)布的坑位
publish（index）方法：發(fā)布坑位，告訴消費者，這個坑位可以消費了

Sequence：可以理解為一個增強的AtomicLong，解決了緩存行失效的問題，性能更好，代碼就不分析了，大家有興趣自己讀?。ㄖ饕墙鉀Q了偽共享的問題）

Sequencer：維護了當前發(fā)布的坑位（單生成器，多生成器）

SequenceBarrier：跟蹤 生產者當前發(fā)布坑位，消費者消費當前坑位，依賴坑位等

WaitStrategy：等待策略確定消費者如何等待生產者將事件放入Disruptor

Event：從生產者傳遞給消費者的數(shù)據(jù)單位。事件沒有特定的代碼表示，因為它完全由用戶定義。

EventProcessor：
用于處理來自Disruptor的事件的主事件循環(huán)，消費坑位。
單線程：BatchEventProcessor
多線程  WorkProcessor

EventHandler:用戶自己實現(xiàn)，拿到數(shù)據(jù)了如何消費

Producer：用戶自己實現(xiàn)

核心類解讀

師傅領進門，修行靠自己。

建議看完上面的圖，跑跑helloworld

生產者#SingleProducerSequencer

(```)

//核心屬性 維護了生產者當前生產的下標 和 緩存門衛(wèi)下標
long nextValue = -1; 
long cachedValue = -1;


public long next(int n)
{
    if (n < 1)
    {
        throw new IllegalArgumentException("n must be > 0");
    }

    //初始值為-1，最后申請的生產者坑位
    long nextValue = this.nextValue;

    //本次申請的坑位，單個發(fā)生n=1 【nextSequence&（bufferSize-1）即為在數(shù)組中的具體位置】
    long nextSequence = nextValue + n;

    //本次申請的坑位減一圈？ 讓一圈還比你跑的快的意思
    long wrapPoint = nextSequence - bufferSize;

    //初始值為-1 最小的消費者坑位
    long cachedGatingSequence = this.cachedValue;

    /*
     * 生產者追尾 消費者 ||  消費者追尾生產者？？ 這種情況什么時候會發(fā)生
     */
    if (wrapPoint > cachedGatingSequence || cachedGatingSequence > nextValue)
    {
        cursor.setVolatile(nextValue);

        long minSequence;

        //當發(fā)生生產者 追尾消費者的時候
        while (wrapPoint > (minSequence = Util.getMinimumSequence(gatingSequences, nextValue)))
        {
            //生產者等1ns 讓消費者先泡一會
            LockSupport.parkNanos(1L); // TODO: Use waitStrategy to spin?
        }

        /*
         * 消費端讓出坑位，記下消費者占用的最小的那個坑位
         */
        this.cachedValue = minSequence;
    }

    //成功申請到坑位
    this.nextValue = nextSequence;

    return nextSequence;
}



public void publish(long sequence)
{
    //設置當前生產的下標位置
    cursor.set(sequence);
    //喚醒消費線程->獲取可消費的下標
    waitStrategy.signalAllWhenBlocking();
}

(```)

生產者#MultiProducerSequencer

(```)

public long next(int n)
{
    if (n < 1)
    {
        throw new IllegalArgumentException("n must be > 0");
    }

    long current;
    long next;

    do
    {
        //當前坑位
        current = cursor.get();
        //下一個坑位
        next = current + n;

        //讓一圈后的坑位
        long wrapPoint = next - bufferSize;
        //守門員坑位  最小消費者坑位
        long cachedGatingSequence = gatingSequenceCache.get();

        //不能超車，等待后 自旋重試
        if (wrapPoint > cachedGatingSequence || cachedGatingSequence > current)
        {
            long gatingSequence = Util.getMinimumSequence(gatingSequences, current);

            if (wrapPoint > gatingSequence)
            {
                LockSupport.parkNanos(1); // TODO, should we spin based on the wait strategy?
                continue;
            }

            gatingSequenceCache.set(gatingSequence);
        }
        //多生產者 用cas的方式獲取坑位
        else if (cursor.compareAndSet(current, next))
        {
            break;
        }
    }
    while (true);

    return next;
}

public void publish(final long sequence)
{
    //當前坑位   圈數(shù)量？
    setAvailable(sequence);
    //通知阻塞的消費者消費
    waitStrategy.signalAllWhenBlocking();
}

(```)

環(huán)形數(shù)組#RingBuffer

(```)

//環(huán)形最大的index
private final long indexMask;

/**
 * 環(huán)形數(shù)組元素
 *null,null,null,null [ 中間這一塊是環(huán)形數(shù)組,兩邊對稱的數(shù)組位置暫時沒有放任何東西，做填充] null,null,null,null
 */
private final Object[] entries;
protected final int bufferSize;

/**
 * 生產者對象的引用
 * @see MultiProducerSequencer
 * @see SingleProducerSequencer
 */
protected final Sequencer sequencer;

RingBufferFields(
        EventFactory<E> eventFactory,
        Sequencer sequencer) {
    //生產者對象
    this.sequencer = sequencer;
    this.bufferSize = sequencer.getBufferSize();

    if (bufferSize < 1) {
        throw new IllegalArgumentException("bufferSize must not be less than 1");
    }
    if (Integer.bitCount(bufferSize) != 1) {
        throw new IllegalArgumentException("bufferSize must be a power of 2");
    }

    //indexMask = 2^n次-1  用來做與運算 相當快，計算機非常喜歡010101
    this.indexMask = bufferSize - 1;

    /**
     * 其實是多創(chuàng)建了一些數(shù)組，填充了一些數(shù)組，保證ringbuffer的數(shù)組不和別人共享緩存行，
     * 因為ringbuffer的數(shù)組對象一開始就創(chuàng)建好了，保持具體的應用就好了，不會變，提高了性能
     */
    this.entries = new Object[sequencer.getBufferSize() + 2 * BUFFER_PAD];
    fill(eventFactory);
}

private void fill(EventFactory<E> eventFactory) {
    for (int i = 0; i < bufferSize; i++) {
        //初始化坑位
        entries[BUFFER_PAD + i] = eventFactory.newInstance();
    }
}

@SuppressWarnings("unchecked")
protected final E elementAt(long sequence) {
    //根據(jù)下標獲取entry
    return (E) UNSAFE.getObject(entries, REF_ARRAY_BASE + ((sequence & indexMask) << REF_ELEMENT_SHIFT));
}

(```)

Disruptor

(```)

EventHandlerGroup<T> createEventProcessors(
        /*  new Sequence[0]  參數(shù)傳進
        來的*/
    final Sequence[] barrierSequences,
    final EventHandler<? super T>[] eventHandlers)
{
    checkNotStarted();

    /*
     * 有幾個消費者 就有幾個sequence
     */
    final Sequence[] processorSequences = new Sequence[eventHandlers.length];


    /**
     * 追蹤 生產者的生產下標 和 依賴消費端的的Sequence
     */
    final SequenceBarrier barrier = ringBuffer.newBarrier(barrierSequences);

    for (int i = 0, eventHandlersLength = eventHandlers.length; i < eventHandlersLength; i++)
    {
        final EventHandler<? super T> eventHandler = eventHandlers[i];

        /**
         * 批次事件處理器
         */
        final BatchEventProcessor<T> batchEventProcessor =
            new BatchEventProcessor<>(ringBuffer, barrier, eventHandler);

        if (exceptionHandler != null)
        {
            batchEventProcessor.setExceptionHandler(exceptionHandler);
        }

        /**
         * 消費端倉庫 加入事件處理器
         */
        consumerRepository.add(batchEventProcessor, eventHandler, barrier);

        /**
         * 每個hanlder都有一個sequence
         */
        processorSequences[i] = batchEventProcessor.getSequence();
    }

    /**
     * 消費端的Sequence 需要加到sequencer中。
     */
    updateGatingSequencesForNextInChain(barrierSequences, processorSequences);

    return new EventHandlerGroup<>(this, consumerRepository, processorSequences);
}

(```)

事件處理器 BatchEventProcessor

(```)

private void processEvents()
{

    /**
     * 每個消費事件是一個線程。
     *
     * sequence 最開始是-1
     *
     * 從0開始消費
     */

    T event = null;
    long nextSequence = sequence.get() + 1L;

    while (true)
    {
        try
        {

            /**
             * 檢查生產者生產的位置，消費端需要消費，消費者追尾生產者的時候，阻塞在這里
             */
            final long availableSequence = sequenceBarrier.waitFor(nextSequence);


            /**
             * 消費端拿到可用的消費下標
             */
            while (nextSequence <= availableSequence)
            {
                //獲取數(shù)據(jù)
                event = dataProvider.get(nextSequence);
                //事件處理
                eventHandler.onEvent(event, nextSequence, nextSequence == availableSequence);

                //消費坑位+1
                nextSequence++;
            }

            //消費坑位為availableSequence
            sequence.set(availableSequence);
        }
        catch (final TimeoutException e)
        {
            notifyTimeout(sequence.get());
        }
        catch (final AlertException ex)
        {
            if (running.get() != RUNNING)
            {
                break;
            }
        }
        catch (final Throwable ex)
        {
            exceptionHandler.handleEventException(ex, nextSequence, event);
            sequence.set(nextSequence);
            nextSequence++;
        }
    }
}

(```)

disruptor 一個實現(xiàn)處理器多線程消費 disruptor.handleEventsWithWorkerPool

    換湯不換藥的存在，多線程用cas拿到當前坑位消費。留給大家自行解讀。

思考：

    1、必須A處理器處理完 才能處理B和C處理器的場景，disrupptor如何實現(xiàn)的？
    SequenceBarrier的實現(xiàn)類ProcessingSequenceBarrier構造器public ProcessingSequenceBarrier(
    final Sequencer sequencer,
    final WaitStrategy waitStrategy,
    final Sequence cursorSequence,
    final Sequence[] dependentSequences /***哇哦 這是什么東西？**/)
    
    創(chuàng)建來源
    Disruptor.createEventProcessors(
    final Sequence[] barrierSequences/**哇哦，這個參數(shù)原來是要傳依賴的那個消費組的下標，一開始我還不知道有什么用呢 哈哈哈 讀源碼真實件有趣的事情**/,
    final EventHandler<? super T>[] eventHandlers)
    
    
    SequenceBarrier維護了一個依賴的坑位序列組。具體代碼也留給大家自行解讀
    
    2、為什么Disruptor快？？
      現(xiàn)在你有答案了么

參考

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雨人

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