解析Disruptor的依赖关系

原文地址:http://ifeve.com/dissecting-disruptor-wiring-up/

作者:Trisha   译者:廖涵  校对:方腾飞

现在我已经讲了 RingBuffer​ 本身,如何从它 读取​ 以及如何向它 写入​。从逻辑上来说,下一件要做的事情就是把所有的东西拼装到在一起。

我前面提到过多生产者的情况——他们通过 ProducerBarrier 保证写入操作顺序与可控。我也提到过简单场景下的多消费者数据访问。更多的消费者的场景会变得更加复杂,我们​ 实现了一些聪明的机制允许多个消费者在访问 Ring Buffer 的时候互相等待(依赖)。像很多应用里,有一连串的工作需要在实际执行业务逻辑之前完成 (happen before) —— 例如,在做任何操作之前,我们都必须先保证消息写入磁盘。

Disruptor 论文​ 和性能测试里包含了你可能想到的一些基本结构。我准备讲一下其中最有趣的那个,这多半是因为我需要练习如何使用画图板。

菱形结构

DiamondPath1P3CPerfTest​ 展示了一个并不罕见的结构——独立的一个生产者和三个消费者。最棘手的一点是:第三个消费者必须等待前两个消费者处理完成后,才能开始工作。

1P3C-Diamond

消费者 C3 也许是你的业务逻辑。消费者 C1 可能在备份接收到的数据,而消费者 C2 可能在准备数据或者别的东西。

用队列实现菱形结构

在一个 SEDA-风格的架构​ 中,每个处理阶段都会用队列分开:

1P3C-Diamond-Queue
(为什么单词 Queue 里必须有这么多 “e” 呢?这是我在画这些图时遇到的最麻烦的词)。

你也许从这里看到了问题的端倪:一条消息从 P1 传输到 C3 要完整的穿过四个队列,每个队列在消息进入队列和取出队列时都会产生消耗成本。

用 Disruptor 实现菱形结构

在 Disruptor​ 的世界里,一切都由一个单独的 Ring Buffer 管理:

1P3C-Diamond-RingBuffer

这张图看起来更复杂。不过所有的参与者都只依赖 Ring Buffer 作为一个单独的联结点,而且所有的交互都是基于 Barrier 对象与检查依赖的目标序号来实现的。

生产者这边比较简单,它是我在 上文​ 中描述过的单生产者模型。有趣的是,生产者并不需要关心所有的消费者。它只关心消费者 C3,如果消费者 C3 处理完了 Ring Buffer 的某一个节点,那么另外两个消费者肯定也处理完了。因此,只要 C3 的位置向前移动,Ring Buffer 的后续节点就会空闲出来。

管理消费者的依赖关系需要两个 ConsumerBarrier 对象。第一个仅仅与 Ring Buffer 交互,C1 和 C2 消费者向它申请下一个可访问节点。第二个 ConsumerBarrier 只知道消费者 C1 和 C2,它返回两个消费者访问过的消息序号中较小的那个。

Disruptor 怎样实现消费者等待(依赖)

Hmmm。我想需要一个例子。

1P3C-Diamond-RingBuffer-Example

我们从这个故事发生到一半的时候来看:生产者 P1 已经在 Ring Buffer 里写到序号 22 了,消费者 C1 已经访问和处理完了序号 21 之前的所有数据。消费者 C2 处理到了序号 18。消费者 C3,就是依赖其他消费者的那个,才处理到序号 15。

生产者 P1 不能继续向 RingBuffer 写入数据了,因为序号 15 占据了我们想要写入序号 23 的数据节点 (Slot)。

1P3C-Diamond-RingBuffer-Example2
(抱歉,我真的试过用其他颜色来代替红色和绿色,但是别的都更容易混淆。)

第一个 ConsumerBarrier(CB1)告诉 C1 和 C2 消费者可以去访问序号 22 前面的所有数据,这是 Ring Buffer 中的最大序号。第二个 ConsumerBarrier (CB2) 不但会检查 RingBuffer 的序号,也会检查另外两个消费者的序号并且返回它们之间的最小值。因此,三号消费者被告知可以访问 Ring Buffer 里序号 18 前面的数据。

注意这些消费者还是直接从 Ring Buffer 拿数据节点——并不是由 C1 和 C2 消费者把数据节点从 Ring Buffer 里取出再传递给 C3 消费者的。作为替代的是,由第二个 ConsumerBarrier 告诉 C3 消费者,在 RingBuffer 里的哪些节点可以安全的处理。

这产生了一个问题——如果任何数据都来自于 Ring Buffer,那么 C3 消费者如何读到前面两个消费者处理完成的数据呢?如果 C3 消费者关心的只是先前的消费者是否已经完成它们的工作(例如,把数据复制到别的地方),那么这一切都没有问题—— C3 消费者知道工作已完成就放心了。但是,如果 C3 消费者需要访问先前的消费者的处理结果,它又从哪里去获取呢?

更新数据节点

秘密在于把处理结果写入 Ring Buffer 数据节点 (Entry) 本身。这样,当 C3 消费者从 Ring Buffer 取出节点时,它已经填充好了 C3 消费者工作需要的所有信息。这里 真正 重要的地方是节点 (Entry) 对象的每一个字段应该只允许一个消费者写入。这可以避免产生并发写入冲突 (write-contention) 减慢了整个处理过程。

FizzBuzzEntry

你可以在 DiamondPath1P3CPerfTest​ 里看到这个例子—— FizzBuzzEntry​ 有两个字段:fizz 和 buzz。如果消费者是 Fizz Consumer, 它只写入字段 fizz。如果是 Buzz Consumer, 它只写入字段 buzz。第三个消费者 FizzBuzz,它只去读这两个字段但是不会做写入,因为读没问题,不会引起争用。

一些实际的 Java 代码

这一切看起来都要比队列实现更复杂。是的,它涉及到更多的内部协调。但是这些细节对于消费者和生产者是隐藏的,它们只和 Barrier 对象交互。诀窍在消费者结构里。上文例子中提到的菱形结构可以用下面的方法创建:

ConsumerBarrier consumerBarrier1 =
    ringBuffer.createConsumerBarrier();
BatchConsumer consumer1 =
    new BatchConsumer(consumerBarrier1, handler1);
BatchConsumer consumer2 =
    new BatchConsumer(consumerBarrier1, handler2);
ConsumerBarrier consumerBarrier2 =
    ringBuffer.createConsumerBarrier(consumer1, consumer2);
BatchConsumer consumer3 =
    new BatchConsumer(consumerBarrier2, handler3);
ProducerBarrier producerBarrier =
    ringBuffer.createProducerBarrier(consumer3);

总结

现在你知道了——如何关联 Disruptor 与相互依赖(等待)的多个消费者。关键点是:

  •  使用多个 ConsumerBarrier 来管理消费者之间的依赖(等待)关系。
  •  使用 ProducerBarrier 监视结构图中最后一个消费者。
  •  只允许一个消费者更新数据节点 (Entry) 的每一个独立字段。

更新:Adrian 写了一个非常好的 DSL 工具让拼接 Disruptor 更加简单了。

更新 2:注意 Disruptor 2.0 版使用了与本文不一样的命名。如果你对类名感到困惑,请阅读我的 变更总结​​。另外,Adrian 的 DSL 工具现在是 Disruptor 主干代码的一部分了。

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  • Comments (3)
    • leep
    • 03/20. 2013 1:38pm

    我真的很想问问,这个图是拿什么工具画的啊?

    • 哈哈
    • 03/26. 2014 4:54pm

    对于菱形结构,如果C1失败了,那c2, c3均阻塞?

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