2018-11-23 Actor模型原理 (转)

在使用Java进行并发编程时需要特别的关注锁和内存原子性等一系列线程问题,而Actor模型内部的状态由它自己维护即它内部数据只能由它自己修改(通过消息传递来进行状态修改),所以使用Actors模型进行并发编程可以很好地避免这些问题,Actor由状态(state)、行为(Behavior)和邮箱(mailBox)三部分组成

状态(state):Actor中的状态指的是Actor对象的变量信息,状态由Actor自己管理,避免了并发环境下的锁和内存原子性等问题

行为(Behavior):行为指定的是Actor中计算逻辑,通过Actor接收到消息来改变Actor的状态

邮箱(mailBox):邮箱是Actor和Actor之间的通信桥梁,邮箱内部通过FIFO消息队列来存储发送方Actor消息,接受方Actor从邮箱队列中获取消息

Actor的基础就是消息传递

2.使用Actor模型的好处:

事件模型驱动--Actor之间的通信是异步的,即使Actor在发送消息后也无需阻塞或者等待就能够处理其他事情

强隔离性--Actor中的方法不能由外部直接调用,所有的一切都通过消息传递进行的,从而避免了Actor之间的数据共享,想要

观察到另一个Actor的状态变化只能通过消息传递进行询问

位置透明--无论Actor地址是在本地还是在远程机上对于代码来说都是一样的

轻量性--Actor是非常轻量的计算单机,单个Actor仅占400多字节,只需少量内存就能达到高并发

3.Actor模型原理

以下通过学生与教师之间的邮件通信来理解akka中的Actor模型

学生-教师的消息传递

首先先只考虑学生单向发送消息给教师(学生--->教师),如下图:

图解:

学生创建一个ActorSystem

通过ActorSystem创建ActorRef,将QuoteRequest消息发送到ActorRef(教师代理)

ActorRef(教师代理)消息传递到Dispatcher中

Dispatcher依次的将消息发送到TeacherActor的邮箱中

Dispatcher将邮箱推送到一条线程中

邮箱取出一条消息并委派给TeacherActor的receive方法

下面再详细的解释每一步骤

StudentSimulatorApp主程序详解:

首先StudentSimulatorApp会先启动JVM并初始化ActorSystem

如上图所示,StudentSimulatorApp的主要工作为:

创建ActorSystem

ActorSystem作为顶级Actor,可以创建和停止Actors,甚至可关闭整个Actor环境,

此外Actors是按层次划分的,ActorSystem就好比Java中的Object对象,Scala中的Any,

是所有Actors的根,当你通过ActorSystem的actof方法创建Actor时,实际就是在ActorSystem

下创建了一个子Actor。

可通过以下代码来初始化ActorSystem

val system = ActorSystem("UniversityMessageSystem")

通过ActorSystem创建TeacherActor的代理(ActorRef)

看看TeacherActor的代理的创建代码

val teacherActorRef:ActorRef = system.actorOf(Props[TeacherActor])

ActorSystem通过actorOf创建Actor,但其并不返回TeacherActor而是返

回一个类型为ActorRef的东西。

ActorRef作为Actor的代理,使得客户端并不直接与Actor对话,这种Actor

模型也是为了避免TeacherActor的自定义/私有方法或变量被直接访问,所

以你最好将消息发送给ActorRef,由它去传递给目标Actor

发送QuoteRequest消息到代理中

你只需通过!方法将QuoteReques消息发送给ActorRef(注意:ActorRef也有个tell方法,其作用就委托回调给!)

techerActorRef!QuoteRequest

等价于teacherActorRef.tell(QuoteRequest, teacherActorRef)

完整StudentSimulatorApp代码

object StudentSimulatorApp extends App{

//初始化ActorSystem

val actorSystem=ActorSystem("UniversityMessageSystem")

//构建teacherActorRef

val teacherActorRef=actorSystem.actorOf(Props[TeacherActor])

//发送消息给TeacherActor

teacherActorRef! QuoteRequest

Thread.sleep (2000)

//关闭 ActorSystem,如果不关闭JVM将不会退出

actorSystem.shutdown()

}

QuoteRequest类

object TeacherProtocol{

case class QuoteRequest() //请求

case class QuoteResponse(quoteString:String) //响应

}

Dispatcher和MailBox

ActorRef将消息处理能力委派给Dispatcher,实际上,当我们创建ActorSystem和ActorRef时,

Dispatcher和MailBox就已经被创建了

MailBox

每个Actor都有一个MailBox,同样,Teacher也有个MailBox,其会检查MailBox并处理消息。

MailBox内部采用的是FIFO队列来存储消息,有一点不同的是,现实中我们的最新邮件

会在邮箱的最前面。

Dispatcher

Dispatcher从ActorRef中获取消息并传递给MailBox,Dispatcher封装了一个线程池,之后在

线程池中执行MailBox。

protected[akka] override def registerForExecution(mbox: Mailbox, ...): Boolean = {

...

try {

executorService execute mbox

...

}

为什么能执行MailBox?

看看MailBox的实现,没错,其实现了Runnable接口

private[akka] abstract class Mailbox(val messageQueue: MessageQueue) extends SystemMessageQueue with Runnable

TeacherActor

当ActorRef发送消息调用目标Actor的reveive方法时,MailBox中的run方法被执行,接着从消息队列中取出一条消息并传递给Actor处理

class TeacherActor extends Actor {

val quotes = List(

"Moderation is for cowards",

"Anything worth doing is worth overdoing",

"The trouble is you think you have time",

"You never gonna know if you never even try")

def receive = {

case QuoteRequest => {

import util.Random

//从list中随机选出一条消息作为回应(这里只print并没回应学生的请求)

val quoteResponse=QuoteResponse(quotes(Random.nextInt(quotes.size)))

println (quoteResponse)

}

}

}

TeacherActor的receive方法将匹配QuoteRequest消息

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