基于加密數(shù)字資產(chǎn)云尊幣技術(shù)解析

云尊幣（WC）一一是一種以區(qū)塊鏈為底層安全技術(shù)的加密數(shù)字資產(chǎn)，它的發(fā)展趨勢和價值將隨著時間的推移而日益彰顯。云尊加密數(shù)字資產(chǎn)的發(fā)行量源于龐大的經(jīng)銷商數(shù)量和可循環(huán)的綠色生態(tài)系統(tǒng)，目前得到了全球各地的忠誠支持者支持 。

云尊幣滿足了所有這些需求，它消除了巨大的算力和處理在工作證明所帶來的競爭。云尊幣是一款采用了工作證明（POW）和權(quán)益證明（POS）雙重共識機制的加密數(shù)字資產(chǎn)，它由加密技術(shù)（SCRYPT） 作為保證的，由區(qū)塊鏈中的分布式節(jié)點維護，允許用戶在網(wǎng)絡(luò)上進行點對點交易，而不受任何企業(yè)、中介或人為因素的干擾。

云尊幣技術(shù)架構(gòu)

基于區(qū)塊鏈的應(yīng)用要可靠落地 ， 我們認為需要將傳統(tǒng)技術(shù)體系基于區(qū)塊鏈系統(tǒng)進行整合，讓區(qū)塊鏈技術(shù)恰當(dāng)?shù)娜谌氲狡脚_。 區(qū)塊鏈技術(shù)的安全、不可篡改等特性， 保證了去中心化可靠性，成熟技術(shù)的有序結(jié)合也保證了系統(tǒng)性能穩(wěn)定流暢。

傳統(tǒng)銀行系統(tǒng)里的電子交易通常是可逆的，如果有人竊取你的信用卡金額，你可以對這項交易提出質(zhì)疑，在大多數(shù)情況下?lián)p失是由銀行或商家承擔(dān)，消費者不用自掏腰包。這對消費者而言十分方便，但卻要求金融系統(tǒng)必須是一個相當(dāng)嚴(yán)謹?shù)恼\信網(wǎng)。允許一個新成員加入就給其他每位成員增加了風(fēng)險。所以當(dāng)前的金融機構(gòu)不愿與不知名或資本不雄厚的電子商務(wù)網(wǎng)站對接，這也是可以理解的。云尊幣就不一樣了，由于交易是經(jīng)過密碼認證的并且不可逆，所以沒有必要對接入該網(wǎng)絡(luò)加以限制。接受毫不相識的人的付款也沒有風(fēng)險。這意味著，作為一個基于云尊幣的商家或者金融中介的門檻將會降低，使誠信的從業(yè)者更容易的加入商務(wù)活動，而各種隱含欺詐動機的行為無法得以實施。接受云尊幣也可使商家避免許多管理間接費，使交易得到更多的保障。

?

1、云尊幣數(shù)據(jù)層

云尊幣的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)是由關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（sqlite）和 kv 數(shù)據(jù)庫組成，其中關(guān)系型數(shù)據(jù)庫用來存儲區(qū)塊頭信息和每筆交易的具體信息， kv 數(shù)據(jù)庫主要存儲區(qū)塊頭、交易和狀態(tài)表序列化后的數(shù)據(jù)。

這樣處理的主要目的是單純在查詢區(qū)塊頭信息和具體每筆交易的時候，可以直接從關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中查找；而要構(gòu)造整個區(qū)塊數(shù)據(jù)的時候，除了從關(guān)系型數(shù)據(jù)庫構(gòu)造區(qū)塊頭信息外，還要依據(jù)區(qū)塊頭里的交易根哈希和狀態(tài)表根哈希從 kv數(shù)據(jù)庫中獲取具體的交易和狀態(tài)表信息。

區(qū)塊頭信息的序列化具體步驟：

交易的序列化具體步驟：

下表分別是 Ledgers 和 Transactions 表結(jié)構(gòu)。

1、1 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（sqlite）的特性

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（sqlite）誕生于 2000 年 5 月。作為一個自包含的、基于文件的數(shù)據(jù)庫，SQLite 提供了非常出色的工具集能夠處理所有類型的數(shù)據(jù)，與托管在服務(wù)器上基于進程的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫相比它的約束更少，也更易用。

這是一款輕型的嵌入式數(shù)據(jù)庫，它占用資源非常的低，在嵌入式設(shè)備中，可能只需要幾百 K 的內(nèi)存就足夠了。它的處理速度比 Mysql、PostgreSQL 這兩款著名的數(shù)據(jù)庫都還快，sqlite 還具

有以下特性：

?零配置，無需安裝和配置

sqlite 的核心引擎本身不依賴第三方的軟件，使用它也不需要“安裝”。所以在部署的時候能夠省去不少麻煩。

?儲存在單一磁盤文件中的一個完整的數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫中所有的信息（比如表、視圖、觸發(fā)器、等）都包含在一個文件內(nèi)。這個文件可以 copy 到其它目錄或其它機器上，也照用不誤。

?數(shù)據(jù)庫文件可以在不同字節(jié)順序的機器間自由共享

sqlite 支持多種系統(tǒng)，除了主流操作系統(tǒng)，QLite 也支持了很多冷門的操作系統(tǒng)。例如對很多嵌入式系統(tǒng)（比如 Android、Windows Mobile、Symbin、Palm、VxWorks 等）的支持。SQLite生成的數(shù)據(jù)庫文件可以在各種智能設(shè)備進行移植，為云尊幣普及到其他智能設(shè)備提供了基礎(chǔ)。

?足夠小，全部源代碼大約幾百 KB，能夠?qū)崿F(xiàn)在輕便的智能設(shè)備中運行。

?比目前流行的大多數(shù)數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)的操作要快。

1、2 sqlite 數(shù)據(jù)庫工作原理

qlite 主要由 7 個構(gòu)件子系統(tǒng)（也就是模塊）組成，這些模塊被分割為前端解析系統(tǒng)和后端引擎。

前端：

前端預(yù)處理應(yīng)用程序傳遞過來的 SQL 語句和 SQLite 命令。對獲取的編碼分析，優(yōu)化，并轉(zhuǎn)換 為后端能夠執(zhí)行的 SQLite 內(nèi)部字節(jié)編碼。前端可分為三個模塊。

?標(biāo)示分析（Tokenizer）：將輸入的 SQL 語句分成標(biāo)識符。

?語法分析（Parser）：解析器分析通過標(biāo)識器產(chǎn)生的標(biāo)識分析語句的結(jié)構(gòu)，并且得到一顆語法樹。解析器同時也包含了重構(gòu)語法樹的優(yōu)化器，因此能夠找到一顆產(chǎn)生一個高效的字節(jié)編碼程序的語法樹。

?代碼生成器（Code Generator）：代碼生成器遍歷語法樹，并且生成一個等價的字節(jié)編碼程序，前端實現(xiàn)了sqlite3_prepare API 函數(shù)。

后端：

后端是用來解釋字節(jié)編碼程序的引擎。該引擎做的才是真正的數(shù)據(jù)庫處理工作。后端部分由四個模塊組成。

?虛擬機（VM）：VM 模塊是一個內(nèi)部字節(jié)編碼語言的解釋器。它通過執(zhí)行字節(jié)編碼語句來實現(xiàn) SQL 語句的工作。它是數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的最終的操作者。它把數(shù)據(jù)庫看成表和索引的集合，而表和索引則是一系列的元組或者記錄。

?B/B+樹：B/B+樹模塊把每一個元組集組織進一個一次排好序的樹狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，表和索引被分別置于單獨的 B+和Ｂ樹中。該模塊幫助 VM 進行搜索，插入和刪除樹中的元組。它也幫助 VM創(chuàng)建新的樹和刪除舊的樹。

?頁面調(diào)度程序（pager）：頁面調(diào)度程序模塊在原始文件的上層實現(xiàn)了一個面向頁面的數(shù)據(jù)庫文件抽象。它管理 B/B+樹使用的內(nèi)存內(nèi)緩存（數(shù)據(jù)庫頁的），另外，他也管理文件的鎖定，并用日志來實現(xiàn)事物的 ACID 屬性。

?操作系統(tǒng)交界面（system interface）：操作系統(tǒng)界面模塊提供了對應(yīng)于不同本地操作系統(tǒng)的統(tǒng)一交界面，后端實現(xiàn)了sqlite3_bind_*，sqlite3_setp，sqlite3_coloumn_*，sqlite3_reset 和 sqlite3_finalize API 函數(shù)。

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的特點能夠滿足云尊幣在輕便智能設(shè)備中運行的要求，并且能夠在多種技術(shù)架構(gòu)的的操作系統(tǒng)中進行移植，而無需很大的改動，這保證了云尊幣在普通群體的能夠快速的推廣和普及。

2、加密算法

數(shù)據(jù)加密的基本過程就是對原來為明文的文件或數(shù)據(jù)按某種算法進行處理，使其成為不可讀的一段代碼。目前區(qū)塊鏈一般常用的加密算法有對稱加密、非對稱加密、公私匙、Hash 算法等

等。

對稱加密：對稱加密是最快速、最簡單的一種加密方式，加密（encryption）與解密（decryption）用的是同樣的密（secretkey）。對稱加密通常使用的是相對較小的密鑰，一般小于 256bit。密鑰的大小既要照顧到安全性，也要照顧到效率，是一個 trade-off。

非對稱加密：非對稱加密為數(shù)據(jù)的加密與解密提供了一個非常安全的方法，它使用了一對密鑰，公鑰（public key）和私鑰（privatekey）。私鑰只能由一方安全保管，不能外泄，而公鑰則可以發(fā)給任何請求它的人。非對稱加密使用這對密鑰中的一個進行加密，而解密則需要另一個密鑰。

私鑰（private key）：非公開，是一個 256 位的隨機數(shù)，由用戶保管且不對外開放。私鑰通常是由系統(tǒng)隨機生成，是用戶賬戶使用權(quán)及賬戶內(nèi)資產(chǎn)所有權(quán)的唯一證明，其有效位長足夠大，因此不可能被攻破，無安全隱患。

公鑰（public key）：可公開，每一個私鑰都有一個與之相匹配的公鑰。 ECC 公鑰可以由私鑰通過單向的、確定性的算法生成，目前常用的方案包括： secp256r1（國際通用標(biāo)準(zhǔn)）、secp256k1（比特幣標(biāo)準(zhǔn)）和 SM2（中國國標(biāo)）Photon chain 控制鏈與初始數(shù)據(jù)鏈選擇 secp256r1 作為密鑰方案。

Hash 算法：通常 Hash 算法是指安全散列算法 SHA（Secure Hash Algorithm），該算法是美國國家安全局 （NSA） 設(shè)計，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST） 發(fā)布的一系列密碼散列函數(shù)，包括 SHA-1、SHA-224、SHA-256、SHA-384 和 SHA-512 等變體。目前比特幣采用 SHA-256 算法。Photon chain 除 PoW 外，其余 Hash 算法均指 SHA-256。

云尊幣在此基礎(chǔ)上進行了改進，使用的同態(tài)加密是一種無需對加密數(shù)據(jù)進行提前解密就可以執(zhí)行計算的方法。它提供了一種急需的方法，能夠在原有基礎(chǔ)上使用區(qū)塊鏈技術(shù)。

通過使用同態(tài)加密技術(shù)在區(qū)塊鏈上存儲數(shù)據(jù)可以達到一種完美的平衡，不會對區(qū)塊鏈屬性造成任何重大的改變。也就是說，區(qū)塊鏈仍舊是公有區(qū)塊鏈。然而，區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)將會被加密，因此照顧到了公有區(qū)塊鏈的隱私問題，同態(tài)加密技術(shù)使公有區(qū)塊鏈具有私有區(qū)塊鏈的隱私效果。

2、1 同態(tài)加密算法處理過程

如圖 3 所示，主要是對私有信息進行保護。Alice 有私有的函數(shù) fA 和私有的信息 XA，Bob 把私有信息 yB用私有公鑰 pkB加密得到 E（y）發(fā)送給 Alice，Alice 用自己的私有函數(shù) fA 加密私有信息 XA 和 E（yB），由于同態(tài)性質(zhì)，函數(shù) fA 被隱藏，而 Bob 獲得 E（fA（XA，yB））。Bob 通過私有的私鑰加密 D（E（fA （XA，yB）））=fA （XA，yB）。

如圖 4 所示，主要是對私有的操作函數(shù)進行保護。Alice 有私有的函數(shù)以，并用私有公鑰 pkA加密函數(shù) fA發(fā)送給 Bob，Bob根據(jù)私有信息 XB計算 E（fA ）（XB），由于同態(tài)性質(zhì)，因此隱藏了Bob 的信息 XB，得到 E（fa（xb）），并發(fā)送給 Alice，Alice 用私鑰解密獲得 fA（XB）。

同態(tài)加密技術(shù)不僅提供了隱私保護，它同樣會允許隨時訪問公用區(qū)塊鏈上的加密數(shù)據(jù)進行審計或其他目的。換句話說，使用同態(tài)加密在公用區(qū)塊鏈上存儲數(shù)據(jù)將能夠同時提供公有和私有區(qū)塊鏈的最好的部分。

如果 E 為針對 function_a 的全同態(tài)函數(shù)，即

其中，加密操作為 E，明文為 m，加密得 e，如果對于任意復(fù)雜明文操作 function_a，都能針對 E 構(gòu)造出相應(yīng)的 function_b。那么，E 就是一個針對 function_a 的同態(tài)加密算法，則稱 E 為針對 function_a 的全同態(tài)加密算法。全同態(tài)加密的目的在于找到一種能在加密的數(shù)據(jù)上進行任意數(shù)量的加法和乘法運算的加密算法，使得對加密數(shù)據(jù)進行某種操作所得到的結(jié)果恰好等于對加密前的數(shù)據(jù)進行預(yù)期操作再加密后得到的密文。

3、Netty 構(gòu)建高性能高可用的去中心化網(wǎng)絡(luò)

3、1 Netty 的 I/O 模型

基于非阻塞 I/O 實現(xiàn)，底層依賴的是 JDK NIO 框架的Selector。

Selector 提供選擇已經(jīng)就緒的任務(wù)的能力。簡單來講，Selector 會不斷地輪詢注冊在其上的 Channel，如果某個Channel 上面有新的 TCP 連接接入、讀和寫事件，這個 Channel就處于就緒狀態(tài)，會被 Selector 輪詢出來，然后通過SelectionKey 可以獲取就緒 Channel 的集合，進行后續(xù)的 I/O操作。

一個多路復(fù)用器 Selector 可以同時輪詢多個 Channel，由于JDK1.5_update10 版本（+）使用了 epoll（）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的 select實現(xiàn)，所以它并沒有最大連接句柄 1024/2048 的限制。這也就意味著只需要一個線程負責(zé) Selector 的輪詢，就可以接入成千上萬的客戶端，這確實是個非常巨大的技術(shù)進步。使用非阻塞 I/O 模型之后，Netty 解決了傳統(tǒng)同步阻塞 I/O帶來的性能、吞吐量和可靠性問題。

3、2 線程調(diào)度模型

常用的 Reactor 線程模型有三種，分別如下：

Reactor 單線程模型：Reactor 單線程模型，指的是所有的I/O 操作都在同一個 NIO 線程上面完成。對于一些小容量應(yīng)用場景，可以使用單線程模型。

Reactor 多線程模型：Rector 多線程模型與單線程模型最大的區(qū)別就是有一組 NIO 線程處理 I/O 操作。主要用于高并發(fā)、大業(yè)務(wù)量場景。

主從 Reactor 多線程模型：主從 Reactor 線程模型的特點是服務(wù)端用于接收客戶端連接的不再是個 1 個單獨的 NIO 線程，而是一個獨立的 NIO 線程池。利用主從 NIO 線程模型，可以解決 1個服務(wù)端監(jiān)聽線程無法有效處理所有客戶端連接的性能不足問題。

事實上，Netty 的線程模型并非固定不變，通過在啟動輔助類中創(chuàng)建不同的 EventLoopGroup 實例并通過適當(dāng)?shù)?a target="_blank">參數(shù)配置，就可以支持上述三種 Reactor 線程模型。

在大多數(shù)場景下，并行多線程處理可以提升系統(tǒng)的并發(fā)性能。但是，如果對于共享資源的并發(fā)訪問處理不當(dāng)，會帶來嚴(yán)重的鎖競爭，這最終會導(dǎo)致性能的下降。為了盡可能的避免鎖競爭帶來的性能損耗，可以通過串行化設(shè)計，即消息的處理盡可能在同一個線程內(nèi)完成，期間不進行線程切換，這樣就避免了多線程競爭和同步鎖。

為了盡可能提升性能，Netty 采用了串行無鎖化設(shè)計，在 I/O線程內(nèi)部進行串行操作，避免多線程競爭導(dǎo)致的性能下降。表面上看，串行化設(shè)計似乎 CPU 利用率不高，并發(fā)程度不夠。但是，通過調(diào)整 NIO 線程池的線程參數(shù)，可以同時啟動多個串行化的線程并行運行，這種局部無鎖化的串行線程設(shè)計相比一個隊列-多個工作線程模型性能更優(yōu)。

3、3 序列化方式

影響序列化性能的關(guān)鍵因素總結(jié)如下：

序列化后的碼流大?。ňW(wǎng)絡(luò)帶寬占用）、序列化&反序列化的性能（CPU 資源占用）

并發(fā)調(diào)用的性能表現(xiàn)：穩(wěn)定性、線性增長、偶現(xiàn)的時延毛刺等對 Java 序列化和二進制編碼分別進行性能測試，編碼 100 萬次，測試結(jié)果表明：Java 序列化的性能只有二進制編碼的 6.17%左右。

Netty 默認提供了對 Google Protobuf 的支持，通過擴展Netty 的編解碼接口，用戶可以實現(xiàn)其它的高性能序列化框架，例如 Thrift 的壓縮二進制編解碼框架。

不同的應(yīng)用場景對序列化框架的需求也不同，對于高性能應(yīng)用場景Netty默認提供了Google的Protobuf二進制序列化框架，如果用戶對其它二進制序列化框架有需求，也可以基于 Netty 提供的編解碼框架擴展實現(xiàn)。

3、4 采用 Netty 框架的原因

1）設(shè)計

· 統(tǒng)一的 API，適用于不同的協(xié)議（阻塞和非阻塞）

· 基于靈活、可擴展的事件驅(qū)動模型

· 高度可定制的線程模型

· 可靠的無連接數(shù)據(jù) Socket 支持（UDP）

2）性能

·更好的吞吐量，低延遲、

·更省資源

·盡量減少不必要的內(nèi)存拷貝

3）安全

完整的 SSL/TLS 和 STARTTLS 的支持能在 Applet 與Android 的限制環(huán)境運行良好

4）健壯性

·不再因過快、過慢或超負載連接導(dǎo)致 OutOfMemoryError不再有在高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下 NIO 讀寫頻率不一致的問題

5）易用

· 完善的 JavaDoc，用戶指南和樣例

· 簡潔簡單

· 僅信賴于 JDK1.5

Netty 框架能夠為云尊幣帶來更好的兼容性、安全性、穩(wěn)定性可操作性，為云尊幣多功能性的應(yīng)用快速讀寫提供基礎(chǔ)，目前Netty 已經(jīng)在很多不同的領(lǐng)域取得了良好的效果。

大數(shù)據(jù)領(lǐng)域：經(jīng)典的 Hadoop 的高性能通信和序列化組件Avro的RPC 框架，默認采用 Netty 進行跨節(jié)點通信，它的 NettyService 基于 Netty 框架二次封裝實現(xiàn)。

大數(shù)據(jù)計算往往采用多個計算節(jié)點和一個/N 個匯總節(jié)點進行分布式部署，各節(jié)點之間存在海量的數(shù)據(jù)交換。由于 Netty 的綜合性能是目前各個成熟 NIO 框架中最高的，因此，往往會被選中用作大數(shù)據(jù)各節(jié)點間的通信。

企業(yè)軟件：企業(yè)和 IT 集成需要 ESB，Netty 對多協(xié)議支持、私有協(xié)議定制的簡潔性和高性能是 ESB RPC 框架的首選通信組件。事實上，很多企業(yè)總線廠商會選擇 Netty 作為基礎(chǔ)通信組件，用于企業(yè)的 IT 集成。

通信行業(yè)：Netty 的異步高性能、高可靠性和高成熟度的優(yōu)點，使它在通信行業(yè)得到了大量的應(yīng)用。

4、云尊幣共識機制

云尊幣采用 PoW+PoS 的混合共識機制，能夠?qū)⑹鼙娙后w最大化。持有云尊幣的用戶與礦工均可以參與到投票中，共同參與重大決定，數(shù)字資產(chǎn)持有者與礦工都可以影響預(yù)先編制好的更新，而這才是真正的去中心化。

4、1 POW 工作量證明的過程

POW 是一個經(jīng)過廣泛測試，并具有抗攻擊性和拓展性的解決方案。 我們可以把工作量證明的步驟大致歸納如下：

生成 Coinbase 交易，并與其他所有準(zhǔn)備打包進區(qū)塊的交易組成交易列表，通過 Merkle Tree 算法生成 Merkle Root Hash

把 Merkle Root Hash 及其他相關(guān)字段組裝成區(qū)塊頭，將區(qū)塊頭的 80 字節(jié)數(shù)據(jù)（Block Header）作為工作量證明的輸入

不停的變更區(qū)塊頭中的隨機數(shù)即 nonce 的數(shù)值，并對每次變更 后 的 的 區(qū) 塊 頭 做 雙 重 SHA256 運算（即SHA256（SHA256（Block_Header））），將結(jié)果值與當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)值做對比，如果小于目標(biāo)值，則解題成功，工作量證明完成。

該過程可以用下圖表示：

4、2 權(quán)益證明（Proof of Stake）

在工作量證明中，各個節(jié)點協(xié)助創(chuàng)建和驗證新的區(qū)塊。獎勵與貢獻給整個網(wǎng)絡(luò)的算力資源成正比。當(dāng)然也會出現(xiàn)惡意攻擊或者惡意欺騙其他節(jié)點的風(fēng)險出現(xiàn)。權(quán)益證明系統(tǒng)試圖先保留工作量證明的好處，同時消除一些潛在的安全問題。

權(quán)益證明機制可以輔助加強工作量證明，而不是取代它。其可以簡單地作為添加和批準(zhǔn)新區(qū)塊的附加步驟。

?PoS 背后的理性邏輯

（1）使權(quán)益所有者能夠通過投票決定記賬人

（2）最大化權(quán)益所有者的紅利

（3）最小化保證網(wǎng)絡(luò)安全的消耗

（4）最大化網(wǎng)絡(luò)的性能

（5）最小化運行網(wǎng)絡(luò)的成本

云尊幣這樣設(shè)計的好處，權(quán)益所有者擁有控制權(quán)，PoS 的根本特性是權(quán)益所有者保留了控制權(quán)，從而使系統(tǒng)去中心化。可以提高區(qū)塊鏈數(shù)字資產(chǎn)的安全性，因為工作量證明可能存在 51％攻擊的潛在風(fēng)險，控制大部分算力資源的人將可以輕易控制整個網(wǎng)絡(luò)。

在技術(shù)上層面上，云尊運用了對區(qū)塊的投票交易機制（一種靈活且實用的 PoS 機制），并把具備雙層鏈結(jié)構(gòu)和兩極挖礦思想的加強版 PoW 機制與該 PoS 機制進行有機結(jié)合從而得到新型混合共識機制，在該新型混合共識中，keyBlock 必須獲得足夠的贊同票才會被視為合法，因此 PoW 和 PoS 都能參與系統(tǒng)共識并發(fā)揮重要作用。

5、云尊幣解決區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)慢的弊端

云尊幣是如何解決區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)慢的呢？通過“RingBuffer”和“Disruptor”來實現(xiàn)，

Disruptor 它是一個開源的并發(fā)框架，能夠在無鎖的情況下實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的 Queue 并發(fā)操作，Disruptor 為什么會這么快？

（1）鎖的缺點

Disruptor 根本就不用鎖。取而代之的是，在需要確保操作是線程安全的（特別是，在多生產(chǎn)者的環(huán)境下，更新下一個可用的序列號）地方，我們使用 CAS（Compare And Swap/Set）操作。CAS 操作比鎖消耗資源少的多，因為它們不牽涉操作系統(tǒng)，它們直接在 CPU 上操作。所有訪問者都記錄自己的序號的實現(xiàn)方式，允許多個生產(chǎn)者與多個消費者共享相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在每個對象中都能跟蹤序列號（ring buffer，claim Strategy，生產(chǎn)者和消費者），加上神奇的 cache line padding，就意味著沒有為偽共享和非預(yù)期的競爭。

（2）緩存行填充

CPU 來執(zhí)行所有運算和程序。主內(nèi)存（RAM）是你的數(shù)據(jù)（包括代碼行）存放的地方。Disruptor 的目標(biāo)是盡可能多的在內(nèi)存中運行，如果你訪問一個 long 數(shù)組，當(dāng)數(shù)組中的一個值被加載到緩存中，它會額外加載另外多個。因此你能非常快地遍歷這個數(shù)組。事實上，你可以非?？焖俚谋闅v在連續(xù)的內(nèi)存塊中分配的任意數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

（3）偽共享

（4）揭秘內(nèi)存屏障

內(nèi)存屏障作為另一個 CPU 級的指令，沒有鎖那樣大的開銷。內(nèi)核并沒有在多個線程間干涉和調(diào)度。但凡事都是有代價的。內(nèi)存屏障的確是有開銷的——編譯器/cpu 不能重排序指令，導(dǎo)致不可以盡可能地高效利用 CPU，另外刷新緩存亦會有開銷。Disruptor 的實現(xiàn)對序列號的讀寫頻率盡量降到最低。對volatile 字段的每次讀或?qū)懚际窍鄬Ω叱杀镜牟僮?。也?yīng)該認識到在批量的情況下可以獲得很好的表現(xiàn)。

我們使用 Disruptor 和 Ring Buffer。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是因為它給我們提供了可靠的消息傳遞特性。這個理由就足夠了，不過它還有一些其他的優(yōu)點。首先，Ring Buffer 比鏈表要快，因為它是數(shù)組，而且有一個容易預(yù)測的訪問模式。這很不錯，對 CPU高速緩存友好 （CPU-cache-friendly）－數(shù)據(jù)可以在硬件層面預(yù)加載到高速緩存，因此 CPU 不需要經(jīng)常回到主內(nèi)存 RAM 里去尋找 Ring Buffer 的下一條數(shù)據(jù)。第二點，Ring Buffer 是一個數(shù)組，你可以預(yù)先分配內(nèi)存，并保持數(shù)組元素永遠有效。這意味著內(nèi)存垃圾收集（GC）在這種情況下幾乎什么也不用做。此外，也不像鏈表那樣每增加一條數(shù)據(jù)都要創(chuàng)建對象－當(dāng)這些數(shù)據(jù)從鏈表里刪除時，這些對象都要被清理掉。