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thy3368/rustlob

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RustLOB - 超低时延加密货币交易所

Rust License Tests Architecture

基于 Rust 从零构建的生产级低时延中心化交易所 (CEX)，对标主流交易所的微秒级交易系统，实现 RPO=0 和 RTO<5min 的金融级高可用。

🎯 项目定位

专业级金融交易系统工程实践，深度展示 Rust 在高性能场景的极致优化和 Clean Architecture 架构设计。

核心目标

  • 📊 微秒级交易性能 - 订单处理 < 50ns，端到端撮合 < 1μs
  • 🛡️ 金融级高可用 - RPO=0 零数据丢失，RTO<5min 快速恢复
  • 🏗️ 业务流隔离架构 - 避免分布式锁，避免跨微服务调用
  • 🎨 Clean Architecture - DDD 领域驱动，微内核设计

📦 产品线

产品 状态 功能
现货交易 ✅ 已开发 币币交易、限价/市价订单、实时撮合
合约交易 🚧 规划中 永续/交割合约、杠杆交易、强平机制
期权交易 📅 规划中 欧式/美式期权、隐含波动率、Greeks

🔥 核心特性

1. 内存交易引擎

全内存架构，订单簿/持仓/账户驻留内存，撮合过程零磁盘 I/O，通过 WAL + Snapshot 保证持久化。

性能指标：

  • 订单处理时延: < 50ns
  • 订单簿更新: < 200ns
  • 端到端撮合: < 1μs

技术手段：

  • 定长数组 FIFO 队列，充分利用 CPU 缓存
  • 缓存行对齐 (#[repr(align(64))])，避免 false sharing
  • 零内存分配，避免 GC 和碎片

2. 业务流隔离部署

单个业务流 = [下单 → 风控 → 撮合 → 清算 → 通知]
              ↓
          独立进程/容器部署

核心优势：

  • ✅ 避免分布式锁 - 流内独占资源
  • ✅ 避免跨服务调用 - 本地函数调用
  • ✅ 内存队列通信 - 消除网络时延
  • ✅ 故障隔离彻底 - 单流故障不影响其他交易对

差异化 SLA：

交易对 时延目标 QPS 资源
热门币对 < 1μs 100K TPS 8核32GB
普通币对 < 10μs 50K TPS 4核16GB
长尾币种 < 100μs 10K TPS 2核8GB

3. 多协议接入

支持协议：

  • 🌐 REST API - HTTP/1.1, HTTP/2（账户管理、历史查询）
  • ⚡ WebSocket - 双向实时推送（行情、订单、成交）
  • 📡 FIX 协议 - 专业机构接入（FIX 4.2/4.4）
  • 📤 UDP 组播 - 低延迟行情广播
  • 🔒 TCP 单播 - 可靠交易指令传输

底层技术：Tokio 异步运行时 + mio 底层 I/O 多路复用 + bytes 零拷贝处理

4. Clean Architecture 实践

┌────────────────────────────────────┐
│  基础设施层 (Frameworks)            │  Tokio/PostgreSQL/Kafka
├────────────────────────────────────┤
│  接口适配层 (Adapters)              │  REST/WebSocket/FIX/Repository
├────────────────────────────────────┤
│  应用层 (Use Cases)                 │  PlaceOrder/CancelOrder/Matching
├────────────────────────────────────┤
│  领域层 (Domain) ⭐                 │  Order/Trade/Position/Account
└────────────────────────────────────┘

设计原则：

  • ✅ 依赖倒置 - trait 定义抽象接口
  • ✅ 领域独立 - 无外部依赖，纯业务逻辑
  • ✅ 微内核架构 - 插件化扩展（风控/清算/费率）
  • ✅ 模块化分层 - core/support/common

⚡ 技术亮点

极致性能优化

  • 零拷贝 - zerocopy crate, bytes 零拷贝网络数据
  • 无锁并发 - crossbeam 无锁队列，原子操作
  • SIMD 优化 - AVX2 向量化计算
  • 自定义分配器 - jemalloc 替代系统分配器

金融级高可用

  • Raft 共识 - 1主2备，RPO=0 零数据丢失
  • 快速恢复 - 内存快照 + 增量日志，RTO<5min
  • 多活架构 - 跨地域异地容灾（上海/深圳/香港）

Rust 并发安全

  • 消息传递 - tokio::mpsc 避免共享可变状态
  • Actor 模型 - actix 线程安全
  • 类型安全 - Newtype 模式，Option/Result 消除空指针
  • 编译期保证 - 所有权系统消除数据竞争

类 Redis 线程模型

  • 多 IO 线程 - 负责网络 I/O
  • 单业务线程 - 处理撮合逻辑
  • crossbeam 通信 - 高性能跨线程队列

事件溯源

  • 事件持久化 - 所有状态变更以事件存储
  • 不可变设计 - 领域实体 immutable，提升并发
  • 状态回放 - 支持审计和故障恢复

🛠️ 工程实践

  • ✅ 模块化架构 - Workspace 多 crate 组织
  • ✅ 完整测试 - 48个测试（单元/集成/文档）
  • ✅ 模糊测试 - proptest 基于属性测试
  • ✅ 性能基准 - Criterion 性能回归检测
  • ✅ 文档注释 - Rustdoc + 示例代码
  • ✅ CI/CD - GitHub Actions 自动化

📁 项目结构

rustlob/
├── lib/                          # 核心库层
│   ├── common/                   # 通用基础库
│   │   ├── lob_repo/            # 订单簿核心（LOB引擎）
│   │   ├── algo/                # 算法库（撮合/风控）
│   │   ├── base_types/          # 基础类型定义
│   │   ├── decimal/             # 高精度定点数
│   │   ├── fixed_point/         # 定点数计算
│   │   ├── id_generator/        # 分布式ID生成
│   │   ├── sequencer/           # 序列化器
│   │   ├── sbe/                 # SBE 编解码
│   │   ├── cqrs/                # CQRS 模式
│   │   ├── db_repo/             # 数据库仓储
│   │   ├── repo_def/            # 仓储接口定义
│   │   ├── diff/                # 差异计算
│   │   ├── vector_clock/        # 向量时钟
│   │   └── entity_derive/       # 实体宏派生
│   └── core/                    # 核心业务层
│       └── exchange/
│           └── prep/            # 交易预处理
│
├── app/                          # 应用服务层
│   ├── axum_server/             # Axum HTTP 服务器
│   ├── client/                  # WebSocket 客户端示例
│   ├── websocket_sockudo/       # WebSocket 服务（高性能）
│   ├── pingora_gateway/         # Pingora API 网关
│   └── xdp_libbpf/              # XDP 网络加速
│
├── proc/                         # 业务流程层
│   └── operating/exchange/
│       ├── spot/                # 现货交易流程
│       ├── derivatives/         # 衍生品流程
│       │   ├── usds_m_future/  # USDT本位合约
│       │   ├── coin_m_future/  # 币本位合约
│       │   ├── option/         # 期权
│       │   └── portfolio_margin/ # 组合保证金
│       └── spot_market_data/    # 现货行情流程
│
├── design/                       # 设计文档
│   ├── process/story/
│   │   ├── HOTPATH_MEASURE_GUIDE.md  # 热路径测量指南
│   │   ├── hardware/            # 硬件需求分析
│   │   ├── market_data/         # 行情系统设计
│   │   ├── id_gen/              # ID生成方案
│   │   ├── spot/                # 现货设计
│   │   ├── account/             # 账户系统设计
│   │   └── settlement/          # 清算结算设计
│   ├── deploy/                  # 部署方案
│   └── other/
│       ├── binance-spot-api-docs/        # Binance 现货 API
│       └── binance_derivatives_api/      # Binance 衍生品 API
│
└── study/                        # 研究探索
    ├── hotstuff/                # HotStuff 共识算法
    ├── web3/                    # Web3 集成
    └── zk-snarks/               # 零知识证明

🚀 快速开始

运行核心库测试

cd lib/core/exchange/lob_repo
cargo test --all
# ✅ test result: ok. 48 passed; 0 failed

启动 WebSocket 服务

cd app/client
cargo run --release
# 🚀 服务启动: ws://localhost:9090/ws

运行示例客户端

cd app/client
cargo run --example ws_client --release
# 实时查看订单执行和成交推送

📡 WebSocket API

客户端消息

// 限价订单
{ "type": "limit_order", "trader_id": "alice", "side": "buy", "price": 50000, "quantity": 10 }

// 取消订单
{ "type": "cancel_order", "order_id": 123456 }

服务器推送

// 订单确认
{ "type": "order_ack", "order_id": 123456, "status": "open", "latency_us": 87 }

// 成交广播
{ "type": "v1", "trade_id": 789012, "buyer": "alice", "seller": "bob", "price": 50000 }

详细 API 文档：WEBSOCKET.md

🗺️ 路线图

✅ 第一阶段 - 现货交易 MVP（已完成）

  • 核心订单簿匹配引擎
  • WebSocket 实时推送
  • 48个测试覆盖

🚧 第二阶段 - 现货增强（1-3个月）

  • WAL 日志 + Raft 共识
  • 多订单簿管理
  • REST API + 用户认证

📈 第三阶段 - 永续合约（3-6个月）

  • 合约引擎 + 杠杆交易
  • 标记价格 + 资金费率
  • 强平机制 + 风险引擎

📊 第四阶段 - 期权交易（6-12个月）

  • Black-Scholes 定价
  • Greeks 计算
  • 组合保证金

🚀 第五阶段 - 极致性能（持续）

  • DPDK 用户态网络栈
  • FPGA 订单簿加速
  • RDMA 网络 (< 2μs)

参考文档：技术路线图详情

🏛️ 系统架构

整体架构

┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│              Load Balancer (LVS/Nginx)                 │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│  [API Gateway]          [WebSocket Gateway]            │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│  业务流隔离层                                            │
│  ┌─────────────────────────────────────────────┐       │
│  │ BTC/USDT 现货流 (独立进程)                   │       │
│  │ [匹配引擎] → [清算] → [推送]                │       │
│  │      ↓ WAL (Raft 1主2备)                   │       │
│  └─────────────────────────────────────────────┘       │
│  ┌─────────────────────────────────────────────┐       │
│  │ ETH/USDT 现货流 (独立进程)                   │       │
│  └─────────────────────────────────────────────┘       │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│  共享服务层: 用户/资金/风控/行情聚合                    │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│  持久化层: PostgreSQL/Redis/RocksDB/Kafka              │
└────────────────────────────────────────────────────────┘

Kubernetes 部署示例

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: rustlob-btcusdt-spot
spec:
  replicas: 3  # 1主2备
  template:
    spec:
      containers:
      - name: matching-engine
        image: rustlob:latest
        env:
        - name: SYMBOL
          value: "BTCUSDT"
        resources:
          requests:
            cpu: "8"      # 独占8核
            memory: "16Gi"

📊 性能基准

cd app/client
cargo run --example ws_benchmark --release

典型结果 (Apple M1 / Intel i7-12700K):

=== 性能测试报告 ===

Ping/Pong 延迟:
  平均: 345 μs
  P99: 523 μs

订单处理延迟:
  平均: 87 μs
  P99: 150 μs

吞吐量:
  订单处理: 68,000 orders/s
  消息广播: 120,000 msg/s

📚 文档导航

文档 说明
CLAUDE.md 开发规范（低延迟标准 + Clean Architecture）
hard.md 硬件需求分析（三级配置方案）
futures_design.md 永续合约设计
options_design.md 期权交易设计
WEBSOCKET.md WebSocket API 详细文档

🚀 生产环境部署

Docker 部署

FROM rust:1.70 AS builder
WORKDIR /app
COPY . .
RUN cargo build --release --bin sapp

FROM debian:bullseye-slim
COPY --from=builder /app/target/release/sapp /usr/local/bin/
EXPOSE 9090
CMD ["sapp"]

编译优化

cd app/client
cargo build --release --target x86_64-unknown-linux-gnu
# 二进制: target/release/client

🤝 贡献指南

开发流程

  1. Fork 项目
  2. 创建特性分支 (git checkout -b feature/amazing-feature)
  3. 编写代码并测试 (cargo test)
  4. 提交变更 (git commit -m 'Add amazing feature')
  5. 推送到分支 (git push origin feature/amazing-feature)
  6. 开启 Pull Request

代码规范

cargo test --all          # 运行所有测试
cargo clippy -- -D warnings  # 代码检查
cargo fmt --all --check   # 格式检查

开发规范

  • 遵循 CLAUDE.md 低延迟开发标准
  • 遵循 Clean Architecture 设计原则
  • 编写单元测试覆盖核心逻辑
  • 性能关键路径需要基准测试验证

📄 许可证

本项目采用 MIT 许可证 - 详见 LICENSE 文件

🙏 致谢

  • Rust 社区优秀工具链
  • Clean Architecture 设计启发
  • 高频交易系统最佳实践
  • 头部 CEX 技术架构参考（Binance/OKX/Bybit）

📧 联系方式

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