Actors编程模型
Actors模型(Actor model)首先是由Carl Hewitt在1973定義, 由Erlang OTP (Open Telecom Platform) 推廣,其 消息傳遞更加符合面向對象的原始意圖。 Actors屬于并發組件模型 ,通過組件方式定義并發編程范式的高級階段,避免使用者直接接觸多線程并發或線程池等基礎概念。
傳統多數流行的語言并發是基于多線程之間的共享內存,使用同步方法防止寫爭奪,Actors使用消息模型,每個Actors在同一時間處理最多一個消息,可以發送消息給其他Actors,保證了單獨寫原則?。從而巧妙避免了多線程寫爭奪。
Actors模型的特點是:
- 隔離計算實體
- "Share nothing"
- 沒有任何地方同步
- 異步消息傳遞
- 不可變的消息 消息模型類似mailbox / queue
AKKA框架是一個實現Actors模型的Scala或Java平臺,靈感來自ERlang,能更輕松地開發可擴展,實現多線程安全應用。
Actors是一個輕量級的對象,通過發送消息實現交互。每個Actors在同一時間處理最多一個消息,可以發送消息給其他Actors。在同一時間可以于一個Java虛擬機存在數以百萬計的參與者,構架是一個分層的父層(管理) - 子層,其中父層監控子層的行為。還可以很容易地擴展Actor運行在集群中各個節點之間 - 無需修改一行代碼。每個演員都可以有內部狀態(字段/變量) ,但通信只能通過消息傳遞,不會有共享數據結構(計數器,隊列) 。Akka框架支持兩種語言Java和Scala,
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過去十幾年CPU一直遵循著摩爾定律發展,單核頻率越來越快,但是最近這幾年,摩爾定律已然失效,CPU的工藝制程和發熱穩定性之間難以取舍,取而代之的策略則是增加核心數量,目前家用電腦四核已經非常常見,服務器更是達到了32核64線程。為了有效地利用多核CPU,我們在代碼層面就應該考慮到并發性。十幾年的痛苦開發經歷告訴我們,threads并不是獲取并發性的好方法,往往會帶來難以查找的bug,但是不用害怕,今天我們有很多其他方法來獲得易用的并發性,比如我們接下來介紹的Actor模型。
模型 Model
Actor模型是一個概念模型,用于處理并發計算。它定義了一系列系統組件應該如何動作和交互的通用規則,最著名的使用這套規則的編程語言是Erlang。這篇文章更關注模型本身而不是它在不同語言的實現。
Actors
一個Actor指的是一個最基本的計算單元。它能接收一個消息并且基于其執行計算。
這個理念很像面向對象語言,一個對象接收一條消息(方法調用),然后根據接收的消息做事(調用了哪個方法)。
Actors一大重要特征在于actors之間相互隔離,它們并不互相共享內存。這點區別于上述的對象。也就是說,一個actor能維持一個私有的狀態,并且這個狀態不可能被另一個actor所改變。
聚沙成塔
One ant is no ant, one actor is no actor.
光有一個actor是不夠的,多個actors才能組成系統。在actor模型里每個actor都有地址,所以它們才能夠相互發送消息。
Actors有郵箱
只得指明的一點是,盡管許多actors同時運行,但是一個actor只能順序地處理消息。也就是說其它actors發送了三條消息給一個actor,這個actor只能一次處理一條。所以如果你要并行處理3條消息,你需要把這條消息發給3個actors。
消息異步地傳送到actor,所以當actor正在處理消息時,新來的消息應該存儲到別的地方。Mailbox就是這些消息存儲的地方。
Actors通過異步消息溝通,在處理消息之前消息被存放在Mailbox中Actors做什么
當一個actor接收到消息后,它能做如下三件事中的一件:
- Create more actors; 創建其他actors
- Send messages to other actors; 向其他actors發送消息
- Designates what to do with the next message. 指定下一條消息到來的行為
前兩件事比較直觀,第三件卻很有意思。
我之前說過一個actor能維持一個私有狀態。「指定下一條消息來到做什么」意味著可以定義下條消息來到時的狀態。更清楚地說,就是actors如何修改狀態。
設想有一個actor像計算器,它的初始狀態是數字0。當這個actor接收到add(1)消息時,它并不改變它原本的狀態,而是指定當它接收到下一個消息時,狀態會變為1。
容錯 Fault tolerance
Erlang 引入了「隨它崩潰」的哲學理念,這部分關鍵代碼被監控著,監控者的唯一職責是知道代碼崩潰后干什么(如將這個單元代碼重置為正常狀態),讓這種理念成為可能的正是actor模型。
每段代碼都運行在process中,process是erlang稱呼actor的方式。這個process完全獨立,意味著它的狀態不會影響其他process。我們有個supervisor,實際上它只是另一個process(所有東西都是actor),當被監控的process掛了,supervisor這個process會被通知并對此進行處理。這就讓我們能創建「自愈」系統了。如果一個actor到達異常狀態并崩潰,無論如何,supervisor都可以做出反應并嘗試把它變成一致狀態,這里有很多策略,最常見的是根據初始狀態重啟actor。
分布式 Distribution
另一個關于actor模型的有趣方面是它并不在意消息發送到的actor是本地的或者是另外節點上的。
轉念一想,如果actor只是一些代碼,包含了一個mailbox和一個內部狀態,actor只對消息做出響應,誰會關注它運行在哪個機器上呢?只要我們能讓消息到達就行了。這允許我們基于許多計算機上構建系統,并且恢復其中任何一臺。
進一步了解
這里是一個快速的概念模型回顧,其中的概念被運用到許多知名語言和庫中,比如Erlang和Elixir, Akka (for the JVM) 和 Celluloid (for Ruby)。
如果你想更深入了解actor及其背后的原理,你可以進一步閱讀下面書籍和文章:
- Seven Concurrency Models in Seven Weeks: When Threads Unravel
- Programming Elixir
- Elixir in Action
- Actor模型
- 為什么Actor模型是高并發事務的終極解決方案?
這個視頻比較完整地討論了Actor的概念模型。
The Actor Model (everything you wanted to know)
Scala或Erlang的進程信箱都是一種Actor模型,也有Java的專門的Actor模型,這里是幾種Actor模型比較明白了Actor模型原理,使用Disruptor這樣無鎖隊列也可以自己實現Actor模型,讓一個普通對象與外界的交互調用通過Disruptor消息隊列實現,比如LMAX架構就是這樣實現高頻交易,從2009年成功運行至今,被Martin Fowler推崇。
原文地址: http://www.brianstorti.com/the-actor-model/
作者:時見疏星
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來源:簡書
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的Actors编程模型的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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