背景
Disruptor是英国外汇交易公司LMAX开发的一个高性能队列,研发的初衷是解决内存队列的延迟问题(在性能测试中发现竟然与I/O操作处于同样的数量级)。基于Disruptor开发的系统单线程能支撑每秒600万订单,2010年在QCon演讲后,获得了业界关注。2011年,企业应用软件专家Martin Fowler专门撰写长文介绍。同年它还获得了Oracle官方的Duke大奖。
目前,包括Apache Storm、Camel、Log4j 2在内的很多知名项目都应用了Disruptor以获取高性能。很多大厂的技术团队它也有不少应用,有的项目架构借鉴了它的设计机制。本文从实战角度剖析了Disruptor的实现原理。
需要特别指出的是,这里所说的队列是系统内部的内存队列,而不是Kafka这样的分布式队列。另外,本文所描述的Disruptor特性限于3.3.4。
Java内置队列
介绍Disruptor之前,我们先来看一看常用的线程安全的内置队列有什么问题。Java的内置队列如下表所示。

队列 有界性 数据结构
ArrayBlockingQueue bounded 加锁 arraylist
LinkedBlockingQueue optionally-bounded 加锁 linkedlist
ConcurrentLinkedQueue unbounded 无锁 linkedlist
LinkedTransferQueue unbounded 无锁 linkedlist
PriorityBlockingQueue unbounded 加锁 heap
DelayQueue unbounded 加锁 heap

队列的底层一般分成三种:数组、链表和堆。其中,堆一般情况下是为了实现带有优先级特性的队列,暂且不考虑。
我们就从数组和链表两种数据结构来看,基于数组线程安全的队列,比较典型的是ArrayBlockingQueue,它主要通过加锁的方式来保证线程安全;基于链表的线程安全队列分成LinkedBlockingQueue和ConcurrentLinkedQueue两大类,前者也通过锁的方式来实现线程安全,而后者以及上面表格中的LinkedTransferQueue都是通过原子变量compare and swap(以下简称“CAS”)这种不加锁的方式来实现的。
通过不加锁的方式实现的队列都是无界的(无法保证队列的长度在确定的范围内);而加锁的方式,可以实现有界队列。在稳定性要求特别高的系统中,为了防止生产者速度过快,导致内存溢出,只能选择有界队列;同时,为了减少Java的垃圾回收对系统性能的影响,会尽量选择array/heap格式的数据结构。这样筛选下来,符合条件的队列就只有ArrayBlockingQueue。