使用 C++20 从零构建一个完整的低延迟交易系统

前言

第一部分：介绍C++ concepts并探索重要的低延迟应用

第1章：C++中的低延迟应用开发入门

• 理解对延迟敏感型应用的要求
• 理解延迟敏感型与延迟关键型应用
• 测量延迟
• 区分延迟指标
• 对延迟敏感型应用程序的要求
• 理解为何C++是首选编程语言
• 编译型语言
• 更贴近硬件——低级语言
• 资源的确定性使用
• 速度与高性能
• 语言结构和特性
• 成熟且庞大的社区支持
• 持续积极发展的语言
• 介绍一些重要的低延迟应用
• 低级低延迟应用
• 高级低延迟应用
• 物联网和机器对机器应用
• 总结

第2章：用C++设计常见的低延迟应用

• 理解实时视频流应用中的低延迟性能
• 定义低延迟流中的重要概念
• 理解视频流中的延迟来源
• 测量低延迟视频流中的延迟
• 理解高延迟的影响
• 探索低延迟视频流技术
• 探索低延迟流的解决方案和平台
• 理解在游戏应用中低延迟的关键限制
• 低延迟游戏应用中的概念
• 提升游戏应用性能
• 讨论物联网和零售分析系统的设计
• 确保物联网设备的低延迟
• 探索低延迟电子交易
• 理解现代电子交易对低延迟的需求
• 在电子交易中实现最低延迟
• 总结

第3章：从低延迟应用的角度探索C++概念

• 技术要求
• 用C++进行低延迟应用开发的方法
• 先保证代码正确性，再进行优化
• 设计最优的数据结构和算法
• 关注处理器
• 理解缓存和内存访问成本
• 理解C++特性的底层原理
• 利用C++编译器
• 测量和提升性能
• 避免陷阱并利用C++特性最小化应用延迟
• 选择存储方式
• 选择数据类型
• 使用类型转换操作
• 优化数值运算
• 优化布尔和位运算
• 对象的初始化、销毁、复制和移动
• 使用引用和指针
• 优化跳转和分支
• 高效调用函数
• 使用位域
• 使用运行时多态
• 使用编译时多态
• 使用额外的编译时处理
• 处理异常
• 访问缓存和内存
• 动态分配内存
• 多线程
• 最大化C++编译器优化参数
• 理解编译器如何优化
• 理解编译器何时无法优化
• 了解编译器优化标志
• 总结

第4章：构建低延迟应用的C++基础模块

• 技术要求
• C++线程处理在多线程低延迟应用中的应用
• 定义一些有用的宏和函数
• 创建并启动新线程
• 设置线程亲和性
• 构建示例
• 设计C++内存池以避免动态内存分配
• 理解内存池的定义
• 理解内存池的使用场景
• 设计内存池存储
• 初始化内存池
• 处理新的分配请求
• 处理内存释放
• 结合示例使用内存池
• 使用无锁队列传输数据
• 线程和进程间通信
• 设计无锁队列存储
• 初始化无锁队列
• 向队列添加元素
• 从队列消费元素
• 使用无锁队列
• 构建低延迟日志框架
• 设计时间相关的实用方法
• 设计低延迟日志记录器
• 定义一些日志记录器结构
• 初始化日志记录器数据结构
• 创建日志记录器并启动日志记录器线程
• 将数据推送到日志记录器队列
• 添加一个实用的通用日志函数
• 学习如何结合示例使用日志记录器
• 使用套接字进行C++网络编程
• 构建基本的套接字API
• 实现发送/接收TCP套接字
• 构建TCP服务器组件
• 构建TCP服务器和客户端示例
• 总结

第二部分：用C++构建实时交易所

第5章：设计我们的交易生态系统

• 理解电子交易生态系统的布局
• 定义电子交易生态系统的拓扑结构
• 介绍电子交易生态系统的组件
• 设计交易所中的C++撮合引擎
• 理解撮合引擎的目的
• 理解交易所订单簿
• 匹配参与者订单
• 设计我们的撮合引擎
• 理解交易所如何向参与者发布信息
• 通过市场数据传达市场事件
• 设计市场数据发布者
• 通过订单网关接口通知市场参与者
• 设计订单网关服务器
• 构建市场参与者与交易所的接口
• 理解市场数据消费者基础设施
• 设计市场数据消费者
• 理解订单网关客户端基础设施
• 设计订单网关客户端基础设施
• 设计低延迟C++交易算法框架
• 构建订单簿
• 构建特征引擎
• 开发执行逻辑
• 理解风险管理系统
• 设计我们的交易策略框架
• 总结

第6章：构建C++撮合引擎

• 技术要求
• 定义撮合引擎中的操作和交互
• 定义一些类型和常量
• 设计撮合引擎
• 设计订单簿
• 构建撮合引擎并交换外部数据
• 构建撮合引擎
• 从订单网关队列消费数据并向其发布数据
• 向市场数据发布者队列发布数据
• 构建交易所应用程序二进制文件
• 运行交易所应用程序二进制文件
• 构建订单簿并进行订单撮合
• 构建内部数据结构
• 处理新的被动订单
• 处理订单取消请求
• 撮合主动订单并更新订单簿
• 总结

第7章：与市场参与者通信

• 技术要求
• 定义市场数据协议和订单数据协议
• 设计市场数据协议
• 设计订单数据协议
• 构建订单网关服务器
• 定义订单网关服务器中的数据成员
• 初始化订单网关服务器
• 处理传入的客户请求
• 使用先进先出（FIFO）排序器公平处理请求
• 发送客户响应
• 构建市场数据发布者
• 定义市场数据发布者中的数据成员
• 初始化市场数据发布者
• 发布订单簿更新
• 合成并发布快照
• 构建主交易所应用程序
• 总结

第三部分：构建实时C++算法交易系统

第8章：用C++处理市场数据并向交易所发送订单

• 技术要求
• 订阅市场数据并解码市场数据协议
• 定义市场数据消费者中的数据成员
• 初始化市场数据消费者
• 运行市场数据消费者主循环
• 处理市场数据更新并处理数据包丢失
• 与快照流同步
• 从市场数据构建订单簿
• 定义市场订单簿的结构
• 定义订单簿中的数据成员
• 初始化订单簿
• 处理市场更新并更新订单簿
• 回顾订单簿管理的通用实用方法
• 连接到交易所并发送和接收订单流
• 定义订单网关客户端中的数据成员
• 初始化订单网关客户端
• 向交易所发送订单请求
• 处理来自交易所的订单响应
• 总结

第9章：构建C++交易算法的基础模块

• 技术要求
• 对交易执行做出反应并管理仓位、盈亏（PnL）和风险
• 构建特征并计算复杂特征
• 定义特征引擎中的数据成员
• 初始化特征引擎
• 根据订单簿变化计算特征
• 根据交易事件计算特征
• 利用成交情况更新仓位和盈亏
• 声明PositionInfo中的数据成员
• 在PositionInfo中处理订单执行
• 在PositionInfo中处理订单簿变化
• 设计PositionKeeper
• 初始化PositionKeeper
• 在PositionKeeper中处理订单执行和市场更新
• 发送和管理订单
• 定义OMOrder结构体及其相关类型
• 设计OrderManager类
• 定义OrderManager中的数据成员
• 初始化OrderManager
• 从OrderManager发送新订单
• 从OrderManager取消订单
• 添加简化订单管理的方法
• 处理订单更新并更新订单
• 计算并管理风险
• 定义RiskCfg结构
• 定义TradeEngineCfg结构
• 声明RiskCheckResult枚举
• 定义RiskInfo结构
• 在RiskInfo中执行风险检查
• 设计RiskManager中的数据成员
• 初始化我们的RiskManager类
• 在RiskManager中执行风险检查
• 总结

第10章：构建C++做市和流动性获取算法

• 技术要求
• 理解我们交易算法的行为
• 理解做市交易算法
• 通过示例研究做市机制
• 理解流动性获取交易算法
• 添加枚举以定义算法类型
• 管理订单簿中提供的被动流动性
• 定义做市（MarketMaker）算法中的数据成员
• 初始化做市算法
• 处理订单簿更新和交易事件
• 在做市算法中处理订单更新
• 激进地开仓和平仓
• 定义流动性获取（LiquidityTaker）算法中的数据成员
• 初始化流动性获取交易算法
• 处理交易事件和订单簿更新
• 在流动性获取算法中处理订单更新
• 构建交易引擎框架
• 定义交易引擎中的数据成员
• 初始化交易引擎
• 发送客户请求
• 处理市场数据更新和客户响应
• 处理订单簿、交易和订单响应更新
• 添加一些杂项方法
• 构建并运行主交易应用程序
• 构建主交易应用程序
• 运行最终的交易生态系统
• 检查运行输出
• 总结

第四部分：分析和提升性能

第11章：添加检测工具并测量性能

• 技术要求

• 添加检测系统以测量系统性能

• 使用RDTSC添加性能测量实用工具
• 更新我们之前的时间实用工具
• 理解实际测量系统中的一些问题

• 测量交易所的延迟

• 理解交易所的关键环节
• 测量市场数据发布者内部的延迟
• 测量订单服务器内部的延迟
• 测量撮合引擎和订单簿内部的延迟

• 测量交易引擎内部的延迟

• 理解内部测量方法
• 理解交易客户端系统中的关键节点
• 测量市场数据消费者内部的延迟
• 测量订单网关内部的延迟
• 测量交易引擎内部的延迟

• 使用新的检测系统运行整个生态系统

• 总结

第12章：分析和优化C++系统的性能

• 技术要求
• 分析我们交易生态系统的性能
• 回顾我们测量的延迟
• 分析性能
• 理解分析结果
• 探讨优化C++交易系统的技巧和方法
• 优化发布版本构建
• 正确设置线程亲和性
• 优化日志记录器对字符串的处理
• 避免使用std::function实例
• 检查这些优化的效果
• 思考我们交易生态系统的未来发展
• 动态扩展容器
• 扩展和增强哈希映射
• 优化快照消息
• 在订单协议中添加认证和拒绝消息
• 在订单协议中支持修改消息
• 增强交易引擎组件
• 总结