Java多线程之Disruptor入门

Java多线程之Disruptor入门攻略

1. Disruptor简介

Disruptor是一种高性能的并发框架，它通过无锁的方式实现了数据在多个线程间的高效传递和处理。它的设计思想借鉴了LMAX架构，性能比JDK提供的ConcurrentLinkedQueue和BlockingQueue等同类容器高出数倍，尤其在高并发场景下的表现更加突出。

2. Disruptor的核心概念

Disruptor的核心概念有四个：EventHandler、Disruptor、RingBuffer和Sequence。

(1) EventHandler

EventHandler是Disruptor中数据处理的核心接口，需要业务自行实现，它定义了事件被消费时的逻辑处理。在Disruptor的内部实现中，EventHandler会被封装成BatchEventProcessor对象，由Disruptor负责启动和管理。

(2) Disruptor

Disruptor是Disruptor的核心类，它包含了一个RingBuffer对象和一些列EventProcessor对象，它负责将数据生产者产生的数据交给RingBuffer，并将RingBuffer中的数据分配给对应的消费者。

(3) RingBuffer

RingBuffer是Disruptor中的核心数据结构，它是一个环形数组，存储着生产者生产的数据。RingBuffer的大小必须是2的整数次幂，并且在创建时需要指定事件类型。

(4) Sequence

Sequence是Disruptor中的核心概念，用于标识RingBuffer中的位置。在Disruptor中，每个EventProcessor都维护了一个Sequence对象，用于标识其消费的位置。在RingBuffer中，生产者和消费者分别维护了一个Sequence对象，用于标识生产者和消费者的位置。

3. Disruptor的使用方法

使用Disruptor需要以下步骤：

(1) 定义事件类

首先需要定义一个事件类，用于存储要处理的数据。事件类必须实现Disruptor的Event接口，该接口只有一个方法：public void copyFrom(T other)，用于将一个对象的值拷贝到另一个对象中。

public class LongEvent {
    private long value;

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

    public long getValue() {
        return value;
    }
}

(2) 定义EventHandler

EventHandler需要实现Disruptor的EventHandler接口，并在onEvent方法中实现数据的处理逻辑。在具体实现中，需要将EventHandler封装成BatchEventProcessor对象，并将其注册到Disruptor中进行管理。

public class LongEventHandler implements EventHandler<LongEvent> {
    @Override
    public void onEvent(LongEvent event, long sequence, boolean endOfBatch) throws Exception {
        // 处理事件
        System.out.println("处理事件：" + event.getValue());
        // 手动更新Sequence，通知消费者消费该事件
        event.setHandled();
    }
}

(3) 创建Disruptor对象

创建Disruptor对象需要指定一个工厂类和一个RingBuffer的大小。工厂类需要实现Disruptor的EventFactory接口，并实现create方法，用于创建事件对象。创建Disruptor对象时还需要指定一个WaitStrategy，它定义了在获取数据时的等待策略，默认是BlockingWaitStrategy。

EventFactory<LongEvent> factory = new EventFactory<LongEvent>() {
    @Override
    public LongEvent newInstance() {
        return new LongEvent();
    }
};
Disruptor<LongEvent> disruptor = new Disruptor<>(factory, ringBufferSize, Executors.defaultThreadFactory(), ProducerType.SINGLE, new BlockingWaitStrategy());

(4) 注册EventHandler

注册EventHandler需要将EventHandler封装成BatchEventProcessor对象，并将BatchEventProcessor对象注册到Disruptor中进行管理。可以同时注册多个EventHandler，它们会并发消费RingBuffer中的事件。

disruptor.handleEventsWith(new LongEventHandler());

(5) 启动Disruptor

启动Disruptor时需要调用Disruptor的start方法。start方法会创建并启动RingBuffer中的生产者和消费者线程。

disruptor.start();

(6) 发布事件

生产者线程可以通过Disruptor提供的RingBuffer对象发布事件，RingBuffer会自动将事件存储起来，并通知消费者线程处理。

RingBuffer<LongEvent> ringBuffer = disruptor.getRingBuffer();
long seq = ringBuffer.next();
LongEvent event = ringBuffer.get(seq);
event.setValue(100);
ringBuffer.publish(seq);

4. Disruptor的示例1

下面是一个简单的Demo，用于演示Disruptor的基本使用。

public class DisruptorDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义事件类
        class LongEvent {
            private long value;

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

            public long getValue() {
                return value;
            }
        }

        // 定义EventHandler
        class LongEventHandler implements EventHandler<LongEvent> {
            @Override
            public void onEvent(LongEvent event, long sequence, boolean endOfBatch) throws Exception {
                // 处理事件
                System.out.println("处理事件：" + event.getValue());
                // 手动更新Sequence，通知消费者消费该事件
                event.setHandled();
            }
        }

        // 创建Disruptor对象
        EventFactory<LongEvent> factory = new EventFactory<LongEvent>() {
            @Override
            public LongEvent newInstance() {
                return new LongEvent();
            }
        };
        int ringBufferSize = 1024;
        Disruptor<LongEvent> disruptor = new Disruptor<>(factory, ringBufferSize, Executors.defaultThreadFactory(), ProducerType.SINGLE, new BlockingWaitStrategy());

        // 注册EventHandler
        disruptor.handleEventsWith(new LongEventHandler());

        // 启动Disruptor
        disruptor.start();

        // 发布事件
        RingBuffer<LongEvent> ringBuffer = disruptor.getRingBuffer();
        long seq = ringBuffer.next();
        LongEvent event = ringBuffer.get(seq);
        event.setValue(100);
        ringBuffer.publish(seq);

        // 关闭Disruptor
        disruptor.shutdown();
    }
}

5. Disruptor的示例2

下面是一个较为复杂的示例，用于演示Disruptor在多生产者和多消费者场景下的高效性能。

public class DisruptorDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义事件类
        class LongEvent {
            private long value;

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

            public long getValue() {
                return value;
            }
        }

        // 定义EventHandler
        class LongEventHandler implements EventHandler<LongEvent> {
            @Override
            public void onEvent(LongEvent event, long sequence, boolean endOfBatch) throws Exception {
                // 处理事件
                System.out.println("处理事件：" + event.getValue() + "，当前线程：" + Thread.currentThread().getName());
                // 手动更新Sequence，通知消费者消费该事件
                event.setHandled();
            }
        }

        // 创建Disruptor对象
        EventFactory<LongEvent> factory = new EventFactory<LongEvent>() {
            @Override
            public LongEvent newInstance() {
                return new LongEvent();
            }
        };
        int ringBufferSize = 1024;
        Disruptor<LongEvent> disruptor = new Disruptor<>(factory, ringBufferSize, Executors.defaultThreadFactory(), ProducerType.MULTI, new BlockingWaitStrategy());

        // 注册EventHandler
        disruptor.handleEventsWith(new LongEventHandler());

        // 启动Disruptor
        disruptor.start();

        // 创建两个生产者线程
        Runnable producer = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                RingBuffer<LongEvent> ringBuffer = disruptor.getRingBuffer();
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    long seq = ringBuffer.next();
                    LongEvent event = ringBuffer.get(seq);
                    event.setValue(Thread.currentThread().getId());
                    ringBuffer.publish(seq);
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        };
        new Thread(producer, "producer-1").start();
        new Thread(producer, "producer-2").start();

        // 创建两个消费者线程
        Runnable consumer = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                RingBuffer<LongEvent> ringBuffer = disruptor.getRingBuffer();
                while (true) {
                    long seq = ringBuffer.getCursor();
                    LongEvent event = ringBuffer.get(seq);
                    if (event.isHandled()) {
                        ringBuffer.setGatingSequences(new Sequence(seq));
                        continue;
                    }
                    // 处理事件
                    System.out.println("消费事件：" + event.getValue() + "，当前线程：" + Thread.currentThread().getName());
                    // 手动更新Sequence，通知消费者消费该事件
                    event.setHandled();
                    ringBuffer.setGatingSequences(new Sequence(seq));
                }
            }
        };
        new Thread(consumer, "consumer-1").start();
        new Thread(consumer, "consumer-2").start();

        // 等待消费者线程结束
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 关闭Disruptor
        disruptor.shutdown();
    }
}

6. 总结

以上就是Disruptor的基本使用方法和详细的介绍。Disruptor的核心思想是基于无锁的方式实现高效的数据传输和处理，适用于高并发处理场景下。Disruptor在运行时需要创建多个线程以及大量的对象，需要合理的配置线程池和内存占用，以保证程序的性能和稳定性。