Actor模型原理

 

1.Actor模型

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

1. 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
2. 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
3. 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：

1. 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
2. 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
3. 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
4. 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：

1. 学生创建一个ActorSystem
2. 通过ActorSystem创建ActorRef，将QuoteRequest消息发送到ActorRef(教师代理)
3. ActorRef(教师代理)消息传递到Dispatcher中
4. Dispatcher依次的将消息发送到TeacherActor的邮箱中
5. Dispatcher将邮箱推送到一条线程中
6. 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:

1. 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")

2. 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
3. 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

这里有个国外博主写的Akka系列博客都很赞，分享给大家！

本文参考资料：

AKKA NOTES - ACTOR MESSAGING - 1
Akka框架——第一节：并发编程简介
Akka Quickstart with Scala