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Orleans是基于Actor模型思想的.NET領(lǐng)域的框架，它提供了一種直接而簡單的方法來構(gòu)建分布式大規(guī)模計算應(yīng)用程序，而無需學(xué)習(xí)和應(yīng)用復(fù)雜的并發(fā)或其他擴展模式。我在2015年下半年開始應(yīng)用Orleans，當(dāng)時公司的交易系統(tǒng)采用的架構(gòu)就是基于Orleans框架的，其展現(xiàn)出來的高性能、高并發(fā)以及驚人的穩(wěn)定性深深地吸引了我，也讓我認識到了傳統(tǒng)三層無狀態(tài)架構(gòu)的缺陷。本文主要關(guān)注Orleans的思想基礎(chǔ)，Actor模型及其應(yīng)用。

Orleans思想基礎(chǔ)：Actor模型

傳統(tǒng)三層無狀態(tài)架構(gòu)的缺陷

在討論Actor模型之前，我們可以先討論一下傳統(tǒng)三層架構(gòu)在當(dāng)前高并發(fā)環(huán)境中所面臨的尷尬境遇。

三層架構(gòu)包括表示層、業(yè)務(wù)邏輯層或者叫做中間層、數(shù)據(jù)訪問層（也就是存儲層），其架構(gòu)圖如下所示：

正如我們在實踐中所知道的那樣，中間層和數(shù)據(jù)訪問層在伸縮性方面有著很大的限制，同時存儲層常常會成為系統(tǒng)的瓶頸，這就意味著整套系統(tǒng)也會因為存儲層的限制而變得低效。通常的做法是在中間層與存儲層中間加一層緩存邏輯出來，以提升系統(tǒng)性能，但是很快就會遇到存儲層與緩存層的數(shù)據(jù)一致性問題，這無疑為開發(fā)人員和運維人員增加了額外的工作量。

試想一下，如果我們中間層本身就攜帶著狀態(tài)或者簡單來說中間層與緩存層是合二為一的，那么我們的系統(tǒng)性能是不是就提升了一個級別，答案是肯定的。那么該如何去做呢？那就是我們需要考慮使用另外一套系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)：Actor模型。

Actor模型

Actor模型允許建立一個有狀態(tài)的中間層，其內(nèi)存級的讀寫性能和特定于相關(guān)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)實體行為，確保了系統(tǒng)的高性能以及數(shù)據(jù)的一致性。Actor模型天然的擁有著面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計功能。在實踐中我們應(yīng)該把主要精力放到組件之間的消息傳遞，而不是對象的屬性和內(nèi)部行為。

Actor模型作為一種用于處理并發(fā)計算的數(shù)學(xué)模型，它將Actor對象用作并發(fā)計算的通用基元，它也是一種重要的軟件設(shè)計思想，它在架構(gòu)、設(shè)計、實現(xiàn)以及組件之間的消息傳遞方面有著非常好的應(yīng)用，也更好的發(fā)揮了多核計算機的潛力。通過創(chuàng)建新的Actor對象，可以在計算操作的生命周期中以抽象方式提高系統(tǒng)的分布性。

Actor作為一種計算實體，它會對收到的消息做出回應(yīng)，并且還會在內(nèi)部做其他一些事情：

• 向其他Actor對象發(fā)送消息

• 創(chuàng)建一定數(shù)量的新Actor對象

• 設(shè)置對下一條消息做出的回應(yīng)方式

下圖展示了多種Actor模型的交互示例

Actor模型具有以下特點：

• 通過異步消息方式進行通信：使消息就像從一個Actor對象傳輸?shù)搅肆硪粋€Actor對象（通過MailBox交互，這跟CSP的通信模式完全不同，有興趣的朋友可以自行查閱）

• 狀態(tài)機：Actor模型支持有限狀態(tài)機

• 獨立性：多個Actor對象之間不會共享狀態(tài)

• 無鎖的并發(fā)處理方式：由于Actor不會共享狀態(tài)，且在同一時刻只處理一條消息，因而無需使用鎖策略，這極大的提高了Actor系統(tǒng)的性能

• 并行性：當(dāng)頂級Actor將任務(wù)分拆后發(fā)送給多個下級Actor后，可以使用Actor模型的并行處理方式

• 位置透明：可以使用抽象引用表示Actor對象的地址

• Future/Promise對象：這是對異步操作的發(fā)送與接收方式，以表示異步操作的完成結(jié)果

Orleans對Actor的應(yīng)用

Actor平臺（例如Erlang和Akka）在簡化分布式系統(tǒng)編程方面向前邁了一步。但是，由于提供的抽象和系統(tǒng)服務(wù)的水平相對較低，它們?nèi)匀皇归_發(fā)人員承擔(dān)著許多分布式系統(tǒng)的復(fù)雜性。主要包括開發(fā)用于管理Actor的生命周期，處理分布式簇，處理Actor的失敗和恢復(fù)，放置Actor以及由此產(chǎn)生的管理分布式資源的應(yīng)用程序代碼。要為應(yīng)用程序中的這些問題構(gòu)建正確的解決方案，這就開發(fā)人員的要求就非常高了，必須是分布式系統(tǒng)專家級別的。

為了減少這些問題的發(fā)生，Orleans框架引入了虛擬Actor的新型抽象，它解決了許多復(fù)雜的分布式系統(tǒng)問題，例如可靠性和分布式資源管理，從而使開發(fā)人員擺脫了那些麻煩。同時，Orleans運行時使應(yīng)用程序能夠獲得高性能，可靠性和可伸縮性。

Orleans對Actor的實現(xiàn)特點：

• Orleans Actor無處不在：無法明確創(chuàng)建或銷毀它。它的生命周期超越了其任何內(nèi)存對象的生命周期，因此也超越了任何特定服務(wù)器的生命周期。

• Orleans Actor會自動實例化：如果沒有Actor的內(nèi)存實例，則發(fā)送給Actor的消息會促使在可用服務(wù)器上創(chuàng)建一個新實例。作為運行時資源管理的一部分，將自動回收未使用的Actor實例。Actor永遠不會失敗：如果服務(wù)器崩潰了，下一條發(fā)送給運行在故障服務(wù)器上的Actor的消息將會促使Orleans自動在另一臺服務(wù)器上重新實例化該Actor ，從而無需應(yīng)用程序來監(jiān)督和顯式重新創(chuàng)建已經(jīng)掛掉的Actor。

• Actor實例的位置對于應(yīng)用程序代碼是透明的，從而大大簡化了編程。

• Orleans可以自動創(chuàng)建同一個無狀態(tài)Actor的多個實例，從而無縫擴展熱門Actor。

虛擬Actor的引入，相當(dāng)于為開發(fā)者提供了一個虛擬的內(nèi)存空間，使開發(fā)人員可以調(diào)用系統(tǒng)中的任何角色，無論它是否存在于內(nèi)存中。虛擬化依賴于從虛擬角色映射到當(dāng)前運行的物理實例的間接尋址。運行時通過一個分布式目錄支持間接尋址，該目錄將Actor標(biāo)識映射到其當(dāng)前物理位置。Orleans通過使用該映射的本地緩存來最小化間接尋址的運行時開銷。這個策略被證明是非常有效的。在我們的生產(chǎn)服務(wù)中，緩存命中率通常遠遠超過90%。

下圖展示了微軟對Orleans的應(yīng)用

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參考鏈接：https://www.microsoft.com/en-us/research/project/orleans-virtual-actors/

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的.NET分布式大规模计算利器-Orleans(一)的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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