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

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

下面我們就跟著log4j2來走進Disruptor這個神奇的框（wang）架（zhan）

log4j2異步日志簡要回顧

從日志工廠（Log4jLoggerFactory）中獲取日志Logger實例

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Disruptor（AsyncLoggerDisruptor）

序列號屏障（ProcessingSequenceBarrier）等待序列號發(fā)布

等待策略（WaitStrategy）等待序列號

返回Logger等待序列號（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

獲取下一個可用序號

轉(zhuǎn)化并發(fā)布序號，日志與序號對應(yīng)的事件綁定，并發(fā)布序號

RingBuffer發(fā)布序號，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

創(chuàng)建事件工廠EventFactory

計算ringBufferSize：AsyncLogger.RingBufferSize屬性

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

創(chuàng)建守護線程執(zhí)行器executor

創(chuàng)建異步隊列滿時處理策略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)建對應(yīng)的實例，例如多生產(chǎn)者：MultiProducerSequencer
• 創(chuàng)建多生產(chǎn)者序號（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
• 消費者倉庫（consumerRepository）添加消費者，創(chuàng)建事件處理信息EventProcessorInfo添加至消費者信息列表consumerInfos
• RingBuffer添加處理序列號列表processorSequences為序列號閘
• 如果存在序列號屏障，從閘門中移除屏障序列號并標(biāo)識endOfChain為false

啟動Disruptor

• 遍歷消費者倉庫放入執(zhí)行器中執(zhí)行消費者EventProcessorInfo
• 啟動事件批處理器BatchEventProcessor
• 事件批處理器序列號自增1
• 死循環(huán)
• 序列號屏障ProcessingSequenceBarrier等待下個有效序列號，默認為超時等待策略，超時會繼續(xù)下輪循環(huán)
• 事件批處理器序列號如果小于等于有效序列號
• 從RingBuffer中按照序列號獲取event事件
• 通知回調(diào)事件句柄eventHandler.onEvent如果當(dāng)前消費下標(biāo)等于有效序列號availableSequence說明是當(dāng)前批次的最后一個消息，endOfBatch為true：eventHandler.onEvent(event, nextSequence, nextSequence == availableSequence);
• 事件批處理器序列號設(shè)置為有效序列號

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

序列號獲取下個有效序號,步進為1，例如：MultiProducerSequencer.tryNext

游標(biāo)按照步進移動

判斷是否有足夠的空間，沒有則拋出InsufficientCapacityException異常

返回有效序列號

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

發(fā)布序列號

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

架構(gòu)及流程

紅色數(shù)字標(biāo)識流程為獲取logger時Disruptor創(chuàng)建消費者流程

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

RingBuffer對于所有消費者、生產(chǎn)者是同一個實例

• 環(huán)形隊列，dataProvide，數(shù)據(jù)的存儲與提供者

Sequencer：生產(chǎn)者

• 對于所有消費者、生產(chǎn)者（可能是多生產(chǎn)者序列類型對于Multi類型）是同一個實例，包含一個游標(biāo)序列號Sequence

SequenceBarrier：序列號屏障

• 對于所有消費者、生產(chǎn)者也是同一個實例，序列號屏障包含一個等待策略、一個RingBuffer引用、一個游標(biāo)序列號、一個依賴序列號（可能是組序列號類型）

BatchEventProcessor：消費者

• 消費者包含一個RingBuffer引用
• 一個序列號屏障，可以包含多個屏障序列號，默認為0個則使用RingBuffer的MultiProducerSequencer的游標(biāo)序列號Sequence
• 一個EventHandler：RingBufferLogEventHandler
• 遍歷EventHandler列表將其封裝為BatchEventProcessor，將其與原始eventHandler、barrier屏障注冊至消費者資源庫consumerRepository。
• 獲取batchEventProcessor序列號默認為-1，將其緩存至processorSequences標(biāo)識正在處理，并將processorSequences、disruptor、consumerRepository綁定至EventHandlerGroup。Disruptor啟動遍歷消費者資源庫啟動消費者：BatchEventProcessor

消費者入口

• 消費者消費前先自增本地序列號（即-1+1=0序號），向序列號屏障申請該序列號的消費，默認為Timeout策略申請。
• 屏障收到申請waitFor序列號，當(dāng)前屏障游標(biāo)序列號小于申請的消費序列號，等待生產(chǎn)者生產(chǎn)至當(dāng)前序列號，如果超時則拋出異常(本地序列號不更新繼續(xù)重試)；如果沒有超時，將屏障的dependentSequence序列號（如果不是非多序列號屏障類型，log4j2使用的是非多序列號屏障，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（即屏障的游標(biāo)序列號）小于申請要消費的序列號直接返回availableSequence（即消費超出的生產(chǎn)的速度，消費者申請的序列號向后回移至有效序列號）。否則getHighestPublishedSequence判斷申請的序列號至availableSequence序列號之間的每個序列號對應(yīng)的消息事件均是有效的則返回有效序列號（即生產(chǎn)者生產(chǎn)很快，消費者申請消費的序列號很小，向前移動至有效的，可能是本身也可能會跳躍多個下標(biāo)），根據(jù)生產(chǎn)者的availableBuffer判斷是否有效，因為生產(chǎn)者先發(fā)布序列號再寫入數(shù)據(jù)，此處避免了讀取數(shù)據(jù)異常，如果數(shù)據(jù)沒有寫入，有效序列號緩存標(biāo)識沒有寫入（即無效），消費者會進行剛剛所說的“重試”，如果之間存在無效序列號則返回申請序列號-1（即回滾一個值，進入邏輯時增加了一個值，也就是回滾至申請前的點，可以理解為與超時相同，即重試）
• 如果申請的序列號小于等于有效的序列號，則消費序列號對應(yīng)的消息事件并更新本地BatchEventProcessor的序列號,按照下標(biāo)去dataProvide（RingBuffer.entries）中提取對應(yīng)位置的數(shù)據(jù)消費
• 如果申請的序列號大于有效的序列號，則將消費者本地序列號設(shè)置為有效序列號（即消費超出的生產(chǎn)的速度，消費的序列號向后回移）
• 如果期間出現(xiàn)任何未catch住的異常則會跳過當(dāng)前下標(biāo)，異常出現(xiàn)時的下標(biāo)及對應(yīng)的事件會交由exceptionHandler處理，默認為AsyncLoggerDefaultExceptionHandler異步處理，會將異常事件輸出至系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)錯誤管道，雖然是異步也是會占用消費者線程池資源

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-bufferSize是否大于最小的閘門序列號（gatingSequences，即：所有消費者的本地游標(biāo)序列號processorSequences列表），最小序列號會緩存至本地gatingSequenceCache用于下次判斷減少進行所有閘門序列號的遍歷次數(shù)，如果是說明已經(jīng)沒有空間（因為生產(chǎn)者生產(chǎn)申請的序列號已經(jīng)追上了消費者消費序列號的最小值。RingBuffer是一個環(huán)形隊列結(jié)構(gòu)。上面已經(jīng)講到消費者序列號會與生產(chǎn)者序列號同步，同步指消費者申請序列號小于有效序列號時會前進至有效序列號,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)），如果沒有空間返回false進入下一輪生產(chǎn)

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

Disruptor為什么這么快？

Disruptor采用無鎖并發(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)（另一個典型的應(yīng)用是時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)添加序列號屏障來控制對環(huán)形隊列讀寫操作，保證存儲數(shù)據(jù)的并發(fā)安全

另一個點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];
}

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

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