• log4j2實(shí)現(xiàn)原理可查看：//m.fzitv.net/article/232602.htm
• 文章同樣基于log4j-2.7版本，disruptor-3.3.6

相信看過(guò)log4j2的源碼后大家應(yīng)該明白為什么第二代日志性能會(huì)提升那么多，這其中最大的功臣莫過(guò)于Disruptor并發(fā)編程框架。

下面我們就跟著log4j2來(lái)走進(jìn)Disruptor這個(gè)神奇的框（wang）架（zhan）

log4j2異步日志簡(jiǎn)要回顧

從日志工廠（Log4jLoggerFactory）中獲取日志Logger實(shí)例

從日志上下文工廠（Log4jContextFactory）獲取日志上下文

啟用日志上下文（AsyncLoggerContext）

啟動(dòng)Disruptor（AsyncLoggerDisruptor）

序列號(hào)屏障（ProcessingSequenceBarrier）等待序列號(hào)發(fā)布

等待策略（WaitStrategy）等待序列號(hào)

返回Logger等待序列號(hào)（即等待日志寫入）

異步日志（AsyncLogger）寫入

日志內(nèi)容與轉(zhuǎn)化者（RingBufferLogEventTranslator）綁定

Disruptor嘗試發(fā)布轉(zhuǎn)化者tryPublish

RingBuffer嘗試發(fā)布事件tryPublishEvent

獲取下一個(gè)可用序號(hào)

轉(zhuǎn)化并發(fā)布序號(hào)，日志與序號(hào)對(duì)應(yīng)的事件綁定，并發(fā)布序號(hào)

RingBuffer發(fā)布序號(hào)，MultiProducerSequencer發(fā)布

等待策略（waitStrategy）喚醒阻塞

Disruptor在log4j2中的應(yīng)用

AsyncLoggerDisruptor

異步日志Disruptor啟動(dòng)

創(chuàng)建事件工廠EventFactory

計(jì)算ringBufferSize：AsyncLogger.RingBufferSize屬性

創(chuàng)建等待策略：AsyncLogger.WaitStrategy屬性

創(chuàng)建守護(hù)線程執(zhí)行器executor

創(chuàng)建異步隊(duì)列滿時(shí)處理策略AsyncQueueFullPolicy（非Disruptor步驟）

創(chuàng)建Disruptor

• 創(chuàng)建RingBuffer與Disruptor綁定
• RingBuffer根據(jù)生產(chǎn)者類型創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的實(shí)例，例如多生產(chǎn)者：MultiProducerSequencer
• 創(chuàng)建多生產(chǎn)者序號(hào)（bufferSize，waitStrategy）

綁定異常句柄（Disruptor.handleExceptionsWith）

綁定事件處理句柄（Disruptor.handleEventsWith）

• 根據(jù)handle列表創(chuàng)建事件處理器createEventProcessors
• RingBuffer為Sequence（MultiProducerSequencer）序列創(chuàng)建序列屏障ProcessingSequenceBarrier
• 創(chuàng)建事件批處理器BatchEventProcessor
• 為事件批處理器綁定異常處理句柄
• 消費(fèi)者倉(cāng)庫(kù)（consumerRepository）添加消費(fèi)者，創(chuàng)建事件處理信息EventProcessorInfo添加至消費(fèi)者信息列表consumerInfos
• RingBuffer添加處理序列號(hào)列表processorSequences為序列號(hào)閘
• 如果存在序列號(hào)屏障，從閘門中移除屏障序列號(hào)并標(biāo)識(shí)endOfChain為false

啟動(dòng)Disruptor

• 遍歷消費(fèi)者倉(cāng)庫(kù)放入執(zhí)行器中執(zhí)行消費(fèi)者EventProcessorInfo
• 啟動(dòng)事件批處理器BatchEventProcessor
• 事件批處理器序列號(hào)自增1
• 死循環(huán)
• 序列號(hào)屏障ProcessingSequenceBarrier等待下個(gè)有效序列號(hào)，默認(rèn)為超時(shí)等待策略，超時(shí)會(huì)繼續(xù)下輪循環(huán)
• 事件批處理器序列號(hào)如果小于等于有效序列號(hào)
• 從RingBuffer中按照序列號(hào)獲取event事件
• 通知回調(diào)事件句柄eventHandler.onEvent如果當(dāng)前消費(fèi)下標(biāo)等于有效序列號(hào)availableSequence說(shuō)明是當(dāng)前批次的最后一個(gè)消息，endOfBatch為true：eventHandler.onEvent(event, nextSequence, nextSequence == availableSequence);
• 事件批處理器序列號(hào)設(shè)置為有效序列號(hào)

異步日志Disruptor寫入

嘗試發(fā)布tryPublish事件轉(zhuǎn)化器EventTranslator：RingBufferLogEventTranslator

Disruptor獲取RingBuffer嘗試發(fā)布事件tryPublishEvent

序列號(hào)獲取下個(gè)有效序號(hào),步進(jìn)為1，例如：MultiProducerSequencer.tryNext

游標(biāo)按照步進(jìn)移動(dòng)

判斷是否有足夠的空間，沒(méi)有則拋出InsufficientCapacityException異常

返回有效序列號(hào)

轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化消息為對(duì)應(yīng)有效序列號(hào)的事件放入entries

發(fā)布序列號(hào)

• 設(shè)置有效序列號(hào)至緩存availableBuffer
• 等待策略喚醒阻塞waitStrategy.signalAllWhenBlocking

架構(gòu)及流程

紅色數(shù)字標(biāo)識(shí)流程為獲取logger時(shí)Disruptor創(chuàng)建消費(fèi)者流程

黑色數(shù)字標(biāo)識(shí)流程為logger寫入日志時(shí)Disruptor創(chuàng)建事件并通知消費(fèi)者流程

RingBuffer對(duì)于所有消費(fèi)者、生產(chǎn)者是同一個(gè)實(shí)例

• 環(huán)形隊(duì)列，dataProvide，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與提供者

Sequencer：生產(chǎn)者

• 對(duì)于所有消費(fèi)者、生產(chǎn)者（可能是多生產(chǎn)者序列類型對(duì)于Multi類型）是同一個(gè)實(shí)例，包含一個(gè)游標(biāo)序列號(hào)Sequence

SequenceBarrier：序列號(hào)屏障

• 對(duì)于所有消費(fèi)者、生產(chǎn)者也是同一個(gè)實(shí)例，序列號(hào)屏障包含一個(gè)等待策略、一個(gè)RingBuffer引用、一個(gè)游標(biāo)序列號(hào)、一個(gè)依賴序列號(hào)（可能是組序列號(hào)類型）

BatchEventProcessor：消費(fèi)者

• 消費(fèi)者包含一個(gè)RingBuffer引用
• 一個(gè)序列號(hào)屏障，可以包含多個(gè)屏障序列號(hào)，默認(rèn)為0個(gè)則使用RingBuffer的MultiProducerSequencer的游標(biāo)序列號(hào)Sequence
• 一個(gè)EventHandler：RingBufferLogEventHandler
• 遍歷EventHandler列表將其封裝為BatchEventProcessor，將其與原始eventHandler、barrier屏障注冊(cè)至消費(fèi)者資源庫(kù)consumerRepository。
• 獲取batchEventProcessor序列號(hào)默認(rèn)為-1，將其緩存至processorSequences標(biāo)識(shí)正在處理，并將processorSequences、disruptor、consumerRepository綁定至EventHandlerGroup。Disruptor啟動(dòng)遍歷消費(fèi)者資源庫(kù)啟動(dòng)消費(fèi)者：BatchEventProcessor

消費(fèi)者入口

• 消費(fèi)者消費(fèi)前先自增本地序列號(hào)（即-1+1=0序號(hào)），向序列號(hào)屏障申請(qǐng)?jiān)撔蛄刑?hào)的消費(fèi)，默認(rèn)為Timeout策略申請(qǐng)。
• 屏障收到申請(qǐng)waitFor序列號(hào)，當(dāng)前屏障游標(biāo)序列號(hào)小于申請(qǐng)的消費(fèi)序列號(hào)，等待生產(chǎn)者生產(chǎn)至當(dāng)前序列號(hào)，如果超時(shí)則拋出異常(本地序列號(hào)不更新繼續(xù)重試)；如果沒(méi)有超時(shí)，將屏障的dependentSequence序列號(hào)（如果不是非多序列號(hào)屏障類型，log4j2使用的是非多序列號(hào)屏障，則是屏障的本地游標(biāo)）賦值為availableSequence返回。
• 如果availableSequence有效的序列號(hào)（即屏障的游標(biāo)序列號(hào)）小于申請(qǐng)要消費(fèi)的序列號(hào)直接返回availableSequence（即消費(fèi)超出的生產(chǎn)的速度，消費(fèi)者申請(qǐng)的序列號(hào)向后回移至有效序列號(hào)）。否則getHighestPublishedSequence判斷申請(qǐng)的序列號(hào)至availableSequence序列號(hào)之間的每個(gè)序列號(hào)對(duì)應(yīng)的消息事件均是有效的則返回有效序列號(hào)（即生產(chǎn)者生產(chǎn)很快，消費(fèi)者申請(qǐng)消費(fèi)的序列號(hào)很小，向前移動(dòng)至有效的，可能是本身也可能會(huì)跳躍多個(gè)下標(biāo)），根據(jù)生產(chǎn)者的availableBuffer判斷是否有效，因?yàn)樯a(chǎn)者先發(fā)布序列號(hào)再寫入數(shù)據(jù)，此處避免了讀取數(shù)據(jù)異常，如果數(shù)據(jù)沒(méi)有寫入，有效序列號(hào)緩存標(biāo)識(shí)沒(méi)有寫入（即無(wú)效），消費(fèi)者會(huì)進(jìn)行剛剛所說(shuō)的“重試”，如果之間存在無(wú)效序列號(hào)則返回申請(qǐng)序列號(hào)-1（即回滾一個(gè)值，進(jìn)入邏輯時(shí)增加了一個(gè)值，也就是回滾至申請(qǐng)前的點(diǎn)，可以理解為與超時(shí)相同，即重試）
• 如果申請(qǐng)的序列號(hào)小于等于有效的序列號(hào)，則消費(fèi)序列號(hào)對(duì)應(yīng)的消息事件并更新本地BatchEventProcessor的序列號(hào),按照下標(biāo)去dataProvide（RingBuffer.entries）中提取對(duì)應(yīng)位置的數(shù)據(jù)消費(fèi)
• 如果申請(qǐng)的序列號(hào)大于有效的序列號(hào)，則將消費(fèi)者本地序列號(hào)設(shè)置為有效序列號(hào)（即消費(fèi)超出的生產(chǎn)的速度，消費(fèi)的序列號(hào)向后回移）
• 如果期間出現(xiàn)任何未catch住的異常則會(huì)跳過(guò)當(dāng)前下標(biāo)，異常出現(xiàn)時(shí)的下標(biāo)及對(duì)應(yīng)的事件會(huì)交由exceptionHandler處理，默認(rèn)為AsyncLoggerDefaultExceptionHandler異步處理，會(huì)將異常事件輸出至系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤管道，雖然是異步也是會(huì)占用消費(fèi)者線程池資源

Disruptor：生產(chǎn)者入口

• 獲取RingBuffer嘗試發(fā)布消息，生產(chǎn)者（例如：MultiProducerSequencer）
• 生產(chǎn)者游標(biāo)序列號(hào)嘗試自增，判斷當(dāng)前是否有足夠的空間，當(dāng)前游標(biāo)+步進(jìn)-bufferSize是否大于最小的閘門序列號(hào)（gatingSequences，即：所有消費(fèi)者的本地游標(biāo)序列號(hào)processorSequences列表），最小序列號(hào)會(huì)緩存至本地gatingSequenceCache用于下次判斷減少進(jìn)行所有閘門序列號(hào)的遍歷次數(shù)，如果是說(shuō)明已經(jīng)沒(méi)有空間（因?yàn)樯a(chǎn)者生產(chǎn)申請(qǐng)的序列號(hào)已經(jīng)追上了消費(fèi)者消費(fèi)序列號(hào)的最小值。RingBuffer是一個(gè)環(huán)形隊(duì)列結(jié)構(gòu)。上面已經(jīng)講到消費(fèi)者序列號(hào)會(huì)與生產(chǎn)者序列號(hào)同步，同步指消費(fèi)者申請(qǐng)序列號(hào)小于有效序列號(hào)時(shí)會(huì)前進(jìn)至有效序列號(hào),即使有延遲也保證了有大于等于buffer值的緩沖空間供生產(chǎn)者生產(chǎn)），如果沒(méi)有空間返回false進(jìn)入下一輪生產(chǎn)

• 自增成功后，將消息轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)序列號(hào)下標(biāo)位置的事件數(shù)據(jù)
• Sequencer發(fā)布序列號(hào)，將當(dāng)前序列號(hào)設(shè)置為有效（availableBuffer），并根據(jù)等待策略喚醒等待的消費(fèi)者，被喚醒的消費(fèi)者根據(jù)發(fā)布的序列號(hào)獲取相應(yīng)下標(biāo)處事件數(shù)據(jù)進(jìn)行處理

Disruptor為什么這么快？

Disruptor采用無(wú)鎖并發(fā)編程，框架中主要使用CAS與volatile關(guān)鍵字保證并發(fā)安全

使用環(huán)形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（另一個(gè)典型的應(yīng)用是時(shí)鐘算法也是使用的環(huán)形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)），為環(huán)形結(jié)構(gòu)添加序列號(hào)屏障來(lái)控制對(duì)環(huán)形隊(duì)列讀寫操作，保證存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的并發(fā)安全

另一個(gè)點(diǎn)便是神奇的緩沖行填充了

Log4j2為什么這么快？

使用Disruptor并發(fā)編程框架

使用NIO寫入日志數(shù)據(jù)

當(dāng)然log4j2中有很多細(xì)節(jié)，如果我們想要獲取線程棧信息，可以同樣學(xué)習(xí)一下這樣的寫法

// LOG4J2-1029 new Throwable().getStackTrace is faster than Thread.currentThread().getStackTrace().
final StackTraceElement[] stackTrace = new Throwable().getStackTrace();
StackTraceElement last = null;
for (int i = stackTrace.length - 1; i > 0; i--) {
    final String className = stackTrace[i].getClassName();
    if (fqcnOfLogger.equals(className)) {
        return last;
    }
    last = stackTrace[i];
}

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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