RingBuffer 如何保证数据不丢失
由于ringbuffer是一个环形的队列,那么生产者和消费者在遍历这个队列的时候,如何制衡呢?
1、生产快,消费慢,数据丢失?
生产者速度过快,导致一个对象还没消费完,就循环生产了一个新的对象要加入ringbuffer,导致消费不完整,造成数据丢失?
我们注意到,在我们获取生产者下一个位置的时候,是通过ringbuffer的next方法,而这个next方式是调用了sequencer的next方法
这个对象,在我们创建disruptor对象的时候,创建的
所以这个ringbuffer就是disruptor中的sequencer对象,那么在进行获取next的时候,这里是如何获取下一个的呢?是否会对这个生产获取下一个序列进行相应的等待策略,避免产生相应的干扰!!!
这个各位看官还需多看看里面的代码以及封装(特别是封装,真是九转十八弯),多熟悉,我这绕着绕着很容易就绕晕了,刚开始也是云里雾里。
EventProcessor接口概览
EventProcessor顾名思义,就是事件处理器(handle和process都可以翻译为“处理”,但是process侧重于机器的处理,而handle侧重于有人工的处理,所以使用handle表示用户逻辑的处理,使用process表示机器的处理),这个接口有两个实现类,分别是WorkProcessor和BatchEventProcessor,它们对应的逻辑处理消费者分别是EventHandler和WorkHandler。下面是EventProcessor的UML类图及EventHandler和EventProcessor的接口定义。
/** * Callback interface to be implemented for processing events as they become available in the {@link RingBuffer} * * @paramevent implementation storing the data for sharing during exchange or parallel coordination of an event. * @see BatchEventProcessor#setExceptionHandler(ExceptionHandler) if you want to handle exceptions propagated out of the handler. * 处理事件的回调接口 */ public interface EventHandler { /** * Called when a publisher has published an event to the {@link RingBuffer} * * @param event published to the {@link RingBuffer} * @param sequence of the event being processed * @param endOfBatch flag to indicate if this is the last event in a batch from the {@link RingBuffer} * @throws Exception if the EventHandler would like the exception handled further up the chain. */ void onEvent(T event, long sequence, boolean endOfBatch) throws Exception; } /** * EventProcessors waitFor events to become available for consumption from the {@link RingBuffer} * * An EventProcessor will generally be associated with a Thread for execution. * 事件执行器,等待RingBuffer有可用消费事件。一个事件处理器关联一个执行线程 */ public interface EventProcessor extends Runnable { /** * Get a reference to the {@link Sequence} being used by this {@link EventProcessor}. * * @return reference to the {@link Sequence} for this {@link EventProcessor} */ Sequence getSequence(); /** * Signal that this EventProcessor should stop when it has finished consuming at the next clean break. * It will call {@link SequenceBarrier#alert()} to notify the thread to check status. */ void halt(); boolean isRunning(); }
EventProcessor接口继承了Runnable接口,主要有两种实现:单线程批量处理BatchEventProcessor和多线程处理WorkProcessor。
在使用Disruptor帮助类构建消费者时,使用handleEventsWith方法传入多个EventHandler,内部使用多个BatchEventProcessor关联多个线程执行。这种情况类似JMS中的发布订阅模式,同一事件会被多个消费者并行消费。适用于同一事件触发多种操作。
而使用Disruptor的
handleEventsWithWorkerPool传入多个WorkHandler时,内部使用多个WorkProcessor关联多个线程执行。这种情况类似JMS的点对点模式,同一事件会被一组消费者其中之一消费。适用于提升消费者并行处理能力。
消费技术实现
我们先回顾下Disruptor消费者的两个特点:消费者依赖图(即下文所谓的“消费链”)和事件多播。
假设现在有A,B,C,D四个消费者,它们都能组成什么样的形式呢?从众多的排列组合中,我挑了4组比较有代表性的消费链形式。
image.png
- 第1组中,消费者A消费按成后,B、C、D可同时消费;
- 第2组中,消费者A、B、C、D顺序消费;
- 第3组中,消费者A、B顺序消费后,C、D同时消费;
- 第4组中,消费者A在消费完成后,B和C可以同时消费,但是必须在都消费完成后,D才能消费。
标号为1、3、4的消费链都使用了事件多播,可见事件多播属于消费链的一种组合形式。注意,在上面4种组合中,每个组合的每一水平行,都属于一个消费者组。
这些还只是较为简单的消费链组成,实际中消费链可能会更复杂。
那么在Disruptor内部是怎么实现消费链的呢?
我们可以先思考下。如果想把独立的消费者组成消费链,那么后方的消费者(组)必然要知道在它前方的消费者(组)的处理情况,否则就做不到顺序消费。同时,消费者也要了解生产者的位置,来判断是否有可用事件。之前我们分析生产者代码的时候,已经讲过,生产者为了不覆盖没有消费完全的事件,必须知道最慢消费者的处理情况。
做到了这些才会有能力去控制消费者组成消费链。下面让我们具体看Disruptor中的实现。
单生产者,多消费者模式。多消费者对于消息不重复消费。
package liuqiang.complex.multi; import com.lmax.disruptor.EventFactory; import com.lmax.disruptor.RingBuffer; import com.lmax.disruptor.YieldingWaitStrategy; import com.lmax.disruptor.dsl.Disruptor; import com.lmax.disruptor.dsl.EventHandlerGroup; import com.lmax.disruptor.dsl.ProducerType; import liuqiang.complex.common.*; import java.util.concurrent.Executors; public class Main3 { //单生产者,多消费者模式。多消费者对于消息不重复消费。例如:1线程消费了消息0,则2线程只能从0后面的消息消费,不能对消息0进行消费。 public static void main(String[] args) throws Exception { EventFactoryfactory = new OrderFactory(); int ringBufferSize = 1024 * 1024; Disruptor disruptor = new Disruptor (factory, ringBufferSize, Executors.defaultThreadFactory(), ProducerType.SINGLE, new YieldingWaitStrategy()); /* * 该方法传入的消费者需要实现WorkHandler接口,方法的内部实现是:先创建WorkPool,然后封装WorkPool为EventHandlerPool返回。 * 消费者1、2对于消息的消费有时有竞争,保证同一消息只能有一个消费者消费 */ disruptor.handleEventsWithWorkerPool(new OrderHandler1("1"), new OrderHandler1("2")); disruptor.start(); RingBuffer ringBuffer = disruptor.getRingBuffer(); Producer producer = new Producer(ringBuffer); //单生产者,生产3条数据 for (int l = 0; l < 3; l++) { producer.onData(l + ""); } //为了保证消费者线程已经启动,留足足够的时间。具体原因详见另一篇博客:disruptor的shutdown失效问题 Thread.sleep(1000); disruptor.shutdown(); } }
调用
handleEventsWithWorkerPool形成WorkerPool,并进一步封装成EventHandlerGroup。对于同一条消息,两消费者不重复消费。
可能输出结果如下:
OrderHandler1 1,消费信息:0
OrderHandler1 2,消费信息:1
OrderHandler1 1,消费信息:2
消费者可用序列屏障-SequenceBarrier
我们重点看一下SequenceBarrier,可直译为“序列屏障”。SequenceBarrier的主要作用是协调获取消费者可处理到的最大序号,内部持有着生产者和其依赖的消费者序列。它的接口定义如下。
public interface SequenceBarrier { /** * Wait for the given sequence to be available for consumption.
* 等待指定序列可用 * @param sequence to wait for * @return the sequence up to which is available * @throws AlertException if a status change has occurred for the Disruptor * @throws InterruptedException if the thread needs awaking on a condition variable. * @throws TimeoutException * */ long waitFor(long sequence) throws AlertException, InterruptedException, TimeoutException; /** * Get the current cursor value that can be read.
* 获取当前可读游标值 * * @return value of the cursor for entries that have been published. * */ long getCursor(); /** * The current alert status for the barrier.
* 当前的alert状态 * * @return true if in alert otherwise false. */ boolean isAlerted(); /** * Alert the {@link EventProcessor}s of a status change and stay in this status until cleared.
* * 通知消费者状态变化。当调用EventProcessor#halt()将调用此方法。 */ void alert(); /** * Clear the current alert status.
* 清楚alert状态 */ void clearAlert(); /** * Check if an alert has been raised and throw an {@link AlertException} if it has. * 检查是否发生alert,发生将抛出异常 * @throws AlertException if alert has been raised. */ void checkAlert() throws AlertException; } SequenceBarrier实例引用被EventProcessor持有,用于等待并获取可用的消费事件,主要体现在waitFor这个方法。
要实现这个功能,需要3点条件:
- 知道生产者的位置。
- 因为Disruptor支持消费者链,在不同的消费者组之间,要保证后边的消 费者组只有在前消费者组中的消费者都处理完毕后,才能进行处理。
- 暂时没有事件可消费,在等待可用消费时,还需要使用某种等待策略进行等待。
看下SequenceBarrier实现类ProcessingSequenceBarrier的代码是如何实现waitFor方法。
final class ProcessingSequenceBarrier implements SequenceBarrier { private final WaitStrategy waitStrategy; // 等待可用消费时,指定的等待策略 private final Sequence dependentSequence; // 依赖的上组消费者的序号,如果当前为第一组则为cursorSequence(即生产者发布游标序列),否则使用FixedSequenceGroup封装上组消费者序列 private volatile boolean alerted = false; // 当触发halt时,将标记alerted为true private final Sequence cursorSequence; // AbstractSequencer中的cursor引用,记录当前发布者发布的最新位置 private final Sequencer sequencer; // MultiProducerSequencer 或 SingleProducerSequencer public ProcessingSequenceBarrier( final Sequencer sequencer, final WaitStrategy waitStrategy, final Sequence cursorSequence, final Sequence[] dependentSequences) { this.sequencer = sequencer; this.waitStrategy = waitStrategy; this.cursorSequence = cursorSequence; if (0 == dependentSequences.length) // 依赖的上一组序列长度,第一次是0 { dependentSequence = cursorSequence; } else // 将上一组序列数组复制成新数组保存,引用不变 { dependentSequence = new FixedSequenceGroup(dependentSequences); } } @Override public long waitFor(final long sequence) throws AlertException, InterruptedException, TimeoutException { // 检查是否停止服务 checkAlert(); // 获取最大可用序号 sequence为给定序号,一般为当前序号+1,cursorSequence记录生产者最新位置, long availableSequence = waitStrategy.waitFor(sequence, cursorSequence, dependentSequence, this); if (availableSequence < sequence) { return availableSequence; } // 返回已发布最高的序列值,将对每个序号进行校验 return sequencer.getHighestPublishedSequence(sequence, availableSequence); } // ... }