Actor模型原理

1.Actor模型

在使用Java進行並發編程時需要特別的關注鎖和內存原子性等一系列線程問題，而Actor模型內部的狀態由它自己維護即它內部數據只能由它自己修改(通過消息傳遞來進行狀態修改)，所以使用Actors模型進行並發編程可以很好地避免這些問題，Actor由狀態(state)、行為(Behavior)和郵箱(mailBox)三部分組成

1. 狀態(state)：Actor中的狀態指的是Actor對象的變量信息，狀態由Actor自己管理，避免了並發環境下的鎖和內存原子性等問題
2. 行為(Behavior)：行為指定的是Actor中計算邏輯，通過Actor接收到消息來改變Actor的狀態
3. 郵箱(mailBox)：郵箱是Actor和Actor之間的通信橋梁，郵箱內部通過FIFO消息隊列來存儲發送方Actor消息，接受方Actor從郵箱隊列中獲取消息

Actor的基礎就是消息傳遞

2.使用Actor模型的好處：

1. 事件模型驅動--Actor之間的通信是異步的，即使Actor在發送消息后也無需阻塞或者等待就能夠處理其他事情
2. 強隔離性--Actor中的方法不能由外部直接調用，所有的一切都通過消息傳遞進行的，從而避免了Actor之間的數據共享，想要
   觀察到另一個Actor的狀態變化只能通過消息傳遞進行詢問
3. 位置透明--無論Actor地址是在本地還是在遠程機上對於代碼來說都是一樣的
4. 輕量性--Actor是非常輕量的計算單機，單個Actor僅占400多字節，只需少量內存就能達到高並發

3.Actor模型原理

以下通過學生與教師之間的郵件通信來理解akka中的Actor模型

學生-教師的消息傳遞

首先先只考慮學生單向發送消息給教師（學生--->教師），如下圖：

圖解：

1. 學生創建一個ActorSystem
2. 通過ActorSystem創建ActorRef，將QuoteRequest消息發送到ActorRef(教師代理)
3. ActorRef(教師代理)消息傳遞到Dispatcher中
4. Dispatcher依次的將消息發送到TeacherActor的郵箱中
5. Dispatcher將郵箱推送到一條線程中
6. 郵箱取出一條消息並委派給TeacherActor的receive方法

下面再詳細的解釋每一步驟

StudentSimulatorApp主程序詳解：

首先StudentSimulatorApp會先啟動JVM並初始化ActorSystem

如上圖所示，StudentSimulatorApp的主要工作為:

1. 創建ActorSystem

   • ActorSystem作為頂級Actor，可以創建和停止Actors,甚至可關閉整個Actor環境，
     此外Actors是按層次划分的，ActorSystem就好比Java中的Object對象，Scala中的Any，
     是所有Actors的根，當你通過ActorSystem的actof方法創建Actor時，實際就是在ActorSystem
     下創建了一個子Actor。
     可通過以下代碼來初始化ActorSystem

   val system = ActorSystem("UniversityMessageSystem")

2. 通過ActorSystem創建TeacherActor的代理(ActorRef)

   • 看看TeacherActor的代理的創建代碼

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

   ActorSystem通過actorOf創建Actor，但其並不返回TeacherActor而是返
   回一個類型為ActorRef的東西。
   ActorRef作為Actor的代理，使得客戶端並不直接與Actor對話，這種Actor
   模型也是為了避免TeacherActor的自定義/私有方法或變量被直接訪問，所
   以你最好將消息發送給ActorRef，由它去傳遞給目標Actor

3. 發送QuoteRequest消息到代理中

   • 你只需通過!方法將QuoteReques消息發送給ActorRef(注意：ActorRef也有個tell方法,其作用就委托回調給!)

     techerActorRef!QuoteRequest
     等價於teacherActorRef.tell(QuoteRequest, teacherActorRef)

完整StudentSimulatorApp代碼

object StudentSimulatorApp extends App{
 //初始化ActorSystem
 val actorSystem=ActorSystem("UniversityMessageSystem")
 //構建teacherActorRef
 val teacherActorRef=actorSystem.actorOf(Props[TeacherActor])
 //發送消息給TeacherActor
 teacherActorRef! QuoteRequest
 Thread.sleep (2000)
 //關閉 ActorSystem，如果不關閉JVM將不會退出
 actorSystem.shutdown()
}

QuoteRequest類

object TeacherProtocol{
 case class QuoteRequest() //請求
 case class QuoteResponse(quoteString:String) //響應
}

Dispatcher和MailBox

ActorRef將消息處理能力委派給Dispatcher,實際上，當我們創建ActorSystem和ActorRef時，
Dispatcher和MailBox就已經被創建了

• MailBox

  • 每個Actor都有一個MailBox,同樣，Teacher也有個MailBox，其會檢查MailBox並處理消息。
    MailBox內部采用的是FIFO隊列來存儲消息，有一點不同的是，現實中我們的最新郵件
    會在郵箱的最前面。

• Dispatcher

  • Dispatcher從ActorRef中獲取消息並傳遞給MailBox,Dispatcher封裝了一個線程池，之后在
    線程池中執行MailBox。

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

  • 為什么能執行MailBox?

    • 看看MailBox的實現,沒錯，其實現了Runnable接口

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

TeacherActor

• 當ActorRef發送消息調用目標Actor的reveive方法時，MailBox中的run方法被執行，接着從消息隊列中取出一條消息並傳遞給Actor處理

  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
    //從list中隨機選出一條消息作為回應（這里只print並沒回應學生的請求）
    val quoteResponse=QuoteResponse(quotes(Random.nextInt(quotes.size)))
    println (quoteResponse)
    }
   }
  }
  TeacherActor的receive方法將匹配QuoteRequest消息

這里有個國外博主寫的Akka系列博客都很贊，分享給大家！

本文參考資料：

AKKA NOTES - ACTOR MESSAGING - 1
Akka框架——第一節：並發編程簡介
Akka Quickstart with Scala