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无锁并发框架-Disruptor的原理(一)

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奋斗在韩 发表于 2021-1-1 10:28:50 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
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一、Disruptor是什么

1、界说

  Disruptor是一个开源框架,研发的初志是为了办理高并发下列队锁的问题,最早由LMAX(一种新型零售金融生意业务平台)提出并使用,能够在无锁的情况下实现队列的并发操纵,并号称能够在一个线程里每秒处理6百万笔订单。
2、应用场景

  生产消费者模子
3、雷同

条件阻塞队列BlockingQueue,但是性能不太行。
  1. ArrayBlockingQueue:基于数组形式的队列,通过加锁的方式,来包管多线程情况下数据的安全;LinkedBlockingQueue:基于链表形式的队列,也通过加锁的方式,来包管多线程情况下数据的安全;ConcurrentLinkedQueue:基于链表形式的队列,通过compare and swap(简称CAS)协议的方式,来包管多线程情况下数据的安全,不加锁,主要使用了Java中的sun.misc.Unsafe类来实现
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4、焦点设计原理

  1. Disruptor通过以下设计来办理队列速度慢的问题:1、环形数组结构:        为了避免垃圾接纳,接纳数组而非链表。同时,数组对处理器的缓存机制更加友好(CPU加载空间局部性原则)。2、元素位置定位:        数组长度2^n,通过位运算,加快定位的速度。下标接纳递增的形式。不消担心index溢出的问题。index是long范例,纵然100万QPS的处理速度,也需要30万年才华用完。3、无锁设计:        每个生产者大概消费者线程,会先申请可以操纵的元素在数组中的位置,申请到之后,直接在该位置写入大概读取数据。
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5、数据结构

  框架使用RingBuffer来作为队列的数据结构,RingBuffer就是一个可自界说大小的环形数组。除数组外另有一个序列号(sequence),用以指向下一个可用的元素,供生产者与消费者使用。原理图如下所示:

5.1、Sequence是什么

  Disruptor通过顺序递增的序号来编号管理通过其举行互换的数据(事件),对数据(事件)的处理过程总是沿着序号逐个递增处理。
5.2、数组+序列号设计的优势

  看HashMap,在知道索引(index)下标的情况下,存与取数组上的元素时间复杂度只有O(1),而这个index我们可以通过序列号(hash值)*与数组的长度取模来盘算得出,index=sequence % table.length。固然也可以用位运算来盘算效率更高,此时table.length必须是2的幂次方(原理前面讲过)。所以只要是时间复杂度低,为O(1)。
6、焦点组件与作用

  

  • RingBuffer——Disruptor底层数据结构实现,焦点类,是线程间互换数据的中转地;
  • Sequencer——序号管理器,生产同步的实现者,负责消费者/生产者各自序号、序号栅栏的管理和协调,Sequencer有单生产者,多生产者两种差别的模式,内里实现了各种同步的算法;
  • Sequence——序号,声明一个序号,用于跟踪ringbuffer中任务的变化和消费者的消费情况,disruptor内里大部门的并发代码都是通过对Sequence的值同步修改实现的,而非锁,这是disruptor高性能的一个主要原因;
  • SequenceBarrier——序号栅栏,管理和协调生产者的游标序号和各个消费者的序号,确保生产者不会覆盖消费者未来得及处理的消息,确生存在依赖的消费者之间能够按照正确的顺序处理, Sequence Barrier是由Sequencer创建的,并被Processor持有;
  • EventProcessor——事件处理器,监听RingBuffer的事件,并消费可用事件,从RingBuffer读取的事件会交由实际的生产者实现类来消费;它会一直侦听下一个可用的号,直到该序号对应的事件已经准备好。
  • EventHandler——业务处理器,是实际消费者的接口,完成详细的业务逻辑实现,第三方实现该接口;代表着消费者。
  • Producer——生产者接口,第三方线程充当该脚色,producer向RingBuffer写入事件。
  • Wait Strategy:Wait Strategy决定了一个消费者怎么等候生产者将事件(Event)放入Disruptor中。

    7、等候计谋(Wait Strategy)
  1. 1、BlockingWaitStrategy        Disruptor的默认计谋是BlockingWaitStrategy。在BlockingWaitStrategy内部是使用锁和condition来控制线程的叫醒。BlockingWaitStrategy是最低效的计谋,但其对CPU的消耗最小而且在各种差别部署情况中能提供更加一致的性能体现。2、SleepingWaitStrategy        SleepingWaitStrategy 的性能体现跟 BlockingWaitStrategy 差不多,对 CPU 的消耗也雷同,但其对生产者线程的影响最小,通过使用LockSupport.parkNanos(1)来实现循环等候。一般来说Linux系统会暂停一个线程约60µs,这样做的长处是,生产线程不需要接纳任何其他行动就可以增加适当的计数器,也不需要耗费时间信号通知条件变量。但是,在生产者线程和使用者线程之间移动事件的均匀延迟会更高。它在不需要低延迟而且对生产线程的影响较小的情况最好。一个常见的用例是异步日志记载。3、YieldingWaitStrategy        YieldingWaitStrategy是可以使用在低延迟系统的计谋之一。YieldingWaitStrategy将自旋以等候序列增加到适当的值。在循环体内,将调用Thread.yield(),以允许其他列队的线程运行。在要求极高性能且事件处理线数小于 CPU 逻辑焦点数的场景中,推荐使用此计谋;比方,CPU开启超线程的特性。4、BusySpinWaitStrategy性能最好,适适用于低延迟的系统。在要求极高性能且事件处理线程数小于CPU逻辑焦点数的场景中,推荐使用此计谋;比方,CPU开启超线程的特性。
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7、写数据

  单线程写数据的流程:
  

  • 申请写入m个元素;
  • 若是有m个元素可以入,则返回最大的序列号。这儿主要判断是否会覆盖未读的元
    素;
  • 若是返回的正确,则生产者开始写入元素。

8、使用

Disruptor的使用

来源:https://blog.csdn.net/zhouhengzhe/article/details/111994529
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