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分布式应用框架Akka快速学习入门

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本文结合网上一些资料,对他们进行整理,摘选和翻译而成,对Akka进行简要的说明。引用资料在最后列出。

1.什么是Akka

Akka 是一个用 Scala 编写的库,用于简化编写容错的、高可伸缩性的 Java 和 Scala 的 Actor 模型应用。

官方网站 (http://akka.io/)的介绍是:

Akka is a toolkit and runtime for building highly concurrent,
distributed, and fault tolerant event-driven applications on the JVM.

Build powerful concurrent & distributed applications more easily.

翻译成中文就是:Akka是一个开发库和运行环境,可以用于构建高并发、分布式、可容错、事件驱动的基于JVM的应用。使构建高并发的分布式应用更加容易。

Akka可以以两种不同的方式来使用

  • 以库的形式:在web应用中使用,放到 WEB-INF/lib 中或者作为一个普通的Jar包放进classpath。

  • 以微内核的形式:你可以将应用放进一个独立的内核。

2.Akka的五大特性

1)易于构建并行和分布式应用 (Simple Concurrency & Distribution)
      Akka在设计时采用了异步通讯和分布式架构,并对上层进行抽象,如Actors、Futures ,STM等。

2)可靠性(Resilient by Design)

     系统具备自愈能力,在本地/远程都有监护。

3)高性能(High Performance)

    在单机中每秒可发送50000000个消息。内存占用小,1GB内存中可保存2500000个actors。

4)弹性,无中心(Elastic — Decentralized)

   自适应的负责均衡,路由,分区,配置

5)可扩展(Extensible)

  可以使用Akka 扩展包进行扩展。

3.什么场景下特别适合使用Akka?

我们看到Akka被成功运用在众多行业的众多大企业,从投资业到商业银行、从零售业到社会媒体、仿真、游戏和赌博、汽车和交通系统、数据分析等等等等。任何需要高吞吐率和低延迟的系统都是使用Akka的候选。

Actor使你能够进行服务失败管理(监管者),负载管理(缓和策略、超时和隔离),水平和垂直方向上的可扩展性(增加cpu核数和/或增加更多的机器)管理。

下面的链接中有一些Akka用户关于他们如何使用Akka的描述:http://stackoverflow.com/questions/4493001/good-use-case-for-akka

所有以上这些都在这个Apache2许可的开源软件中。

以下是Akka被部署到生产环境中的领域
事务处理 (在线游戏,金融/银行业,贸易,统计,赌博,社会媒体,电信):垂直扩展,水平扩展,容错/高可用性

服务后端 (任何行业,任何应用):提供REST, SOAP, Cometd, WebSockets 等服务 作为消息总线/集成层 垂直扩展,水平扩展,容错/高可用性

并发/并行 (任何应用):运行正确,方便使用,只需要将jar包添加到现有的JVM项目中(使用Scala,java, Groovy或jruby)

仿真:主/从,计算网格,MaReduce等等.

批处理 (任何行业):Camel集成来连接批处理数据源 Actor来分治地批处理工作负载

通信Hub (电信, Web媒体, 手机媒体):垂直扩展,水平扩展,容错/高可用性

游戏与赌博 (MOM, 在线游戏, 赌博):垂直扩展,水平扩展,容错/高可用性

商业智能/数据挖掘/通用数据处理:垂直扩展,水平扩展,容错/高可用性

复杂事件流处理:垂直扩展,水平扩展,容错/高可用性

4. Scala语言

Scala是一种多范式的编程语言,设计初衷是要集成面向对象编程和函数式编程的各种特性。

百度百科,Scala语言介绍:

http://baike.baidu.com/link?url=86mpCDT8PbqP29vR-ZDHQeMt1grr–g42DtVMkjvru4g57_TATYquSDnjLOJl-WovbPuywyikI7q1I0ZvWjuca

百度文库,Scala编程入门:

http://wenku.baidu.com/view/27cbf218964bcf84b9d57b83.html

5.Actors模型

Actor模型并非什么新鲜事物,它由Carl Hewitt于上世纪70年代早期提出,目的是为了解决分布式编程中一系列的编程问题。其特点如下:

系统中的所有事物都可以扮演一个Actor

Actor之间完全独立

在收到消息时Actor所采取的所有动作都是并行的,在一个方法中的动作没有明确的顺序

Actor由标识和当前行为描述

Actor可能被分成原始(primitive)和非原始(non primitive)类别

很多开发语言都提供了原生的Actor模型。例如erlang,scala等

Actor,可以看作是一个个独立的实体,他们之间是毫无关联的。但是,他们可以通过消息来通信。

一个Actor收到其他Actor的信息后,它可以根据需要作出各种相应。消息的类型可以是任意的,消息的内容也可以是任意的。这点有点像webservice了。只提供接口服务,你不必了解我是如何实现的。

 

一个Actor如何处理多个Actor的请求呢?它先建立一个消息队列,每次收到消息后,就放入队列,而它每次也从队列中取出消息体来处理。通常我们都使得这个过程是循环的。让Actor可以时刻处理发送来的消息。

6.示例(http://www.th7.cn/Program/java/2012/03/29/67015.shtml)

应用场景:服务端要处理大量的客户端的请求,并且处理请求耗费较长的时间。这时就需要使用并发处理。多线程是一种方法,这里使用Akka框架处理并发。(以下代码在Groovy1.7.5、akka-actors-1.2下运行成功)

这里有三个角色:Client、Master、Worker
Client傻乎乎地发同步请求给Master,一直等到结果返回客户端才离开。
Master接收客户端发来的请求,然后将请求交给Worker处理,处理完成之后将结果返回给Client。
Worker负责具体的业务处理,它耗费的事件比较长。

所以这里的关键在于Master,如果Master线性地“接收请求――调用Worker处理得到返回结果――将结果返回”,这样的系统必将歇菜。
使用Akka可以方便地将它变成并行地。

先看看Client,模拟同时多个客户端给Master发请求
import akka.actor.ActorRef
import static akka.actor.Actors.remote

class HelloClient implements Runnable {
    int seq
    String serviceName

    HelloClient(int seq, String serviceName) {
        this.seq = seq
        this.serviceName = serviceName
    }

    void run() {
        ActorRef actor = remote().actorFor(serviceName, "10.68.15.113", 9999);
        String str = "Hello–" + seq
        println "请求—–${str}"
        Object res = actor.sendRequestReply(str)
        println "返回—–${res}"
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Thread thread = new Thread(new HelloClient(i, "hello-service"))
            thread.start()        //同时启动5个客户端请求Master
        }
    }
}

真正干活的Worker:
import akka.actor.UntypedActor

class HelloWorker extends UntypedActor {    //Worker是一个Actor,需要实现onReceive方法
    @Override
    void onReceive(Object o) {
        println "Worker 收到消息—-" + o
        if (o instanceof String) {
            String result = doWork(o)        //调用真实的处理方法
            getContext().replyUnsafe(result)//将结果返回给Master
        }
    }
    //Worker处理其实很简单,仅仅将参数字符串改造一下而已。只不过使其sleep了20秒,让它变得“耗时较长”
    String doWork(String str) {
        Thread.sleep(1000 * 20)
        return "result—-" + str + " 。"
    }
}

负责并发调度的Master:
import akka.actor.ActorRef
import akka.actor.Actors
import akka.actor.UntypedActor
import akka.actor.UntypedActorFactory
import akka.dispatch.Future
import akka.dispatch.Futures
import java.util.concurrent.Callable

class HelloMaster extends UntypedActor {
    @Override
    void onReceive(Object o) {
        println "Master接收到Work消息:" + o
        def clientChannel = getContext().channel()    //客户端链接Channel
        //启动worker actor
        ActorRef worker = Actors.actorOf(new UntypedActorFactory() {
            public UntypedActor create() {
                return new HelloWorker();
            }
        }).start();

        //这里实现真正的并发
        Future f1 = Futures.future(new Callable() {
            Object call() {
                def result = worker.sendRequestReply(o)            //将消息发给worker actor,让Worker处理业务,同时得到返回结果
                worker.stop()
                println "Worker Return—-" + result
                clientChannel.sendOneWay(result)                //将结果返回给客户端
                return result
            }
        })

        println "Future call over"
    }

    public static void main(String[] args) {    //启动Master进程,绑定IP、端口和服务
        Actors.remote().start("10.68.15.113", 9999).register(
                "hello-service",
                Actors.actorOf(HelloMaster.class));
    }
}

看看客户端的调用日志
请求—–Hello–4
请求—–Hello–1
请求—–Hello–3
请求—–Hello–0
请求—–Hello–2
[GENERIC] [11-10-6 下午9:49] [RemoteClientConnected(akka.remote.netty.NettyRemoteSupport@195b6aad,/10.68.15.113:9999)]
[GENERIC] [11-10-6 下午9:49] [RemoteClientStarted(akka.remote.netty.NettyRemoteSupport@195b6aad,/10.68.15.113:9999)]
返回—–result—-Hello–0 。
返回—–result—-Hello–1 。
返回—–result—-Hello–2 。
返回—–result—-Hello–4 。
返回—–result—-Hello–3 。

 

服务端的日志:
[GENERIC] [11-10-6 下午9:49]
[RemoteServerClientConnected(akka.remote.netty.NettyRemoteSupport@5a4fdf11,Some(/10.68.15.113:53462))]
Master接收到Work消息:Hello–1
Future call over
Master接收到Work消息:Hello–2
Future call over
Worker 收到消息—-Hello–1
[DEBUG]   [11-10-6 下午9:49] [akka:event-driven:dispatcher:global-13] [HelloWorker] started
[DEBUG]   [11-10-6 下午9:49] [akka:event-driven:dispatcher:global-13] [HelloWorker] started
Worker 收到消息—-Hello–2
Master接收到Work消息:Hello–0
Future call over
Master接收到Work消息:Hello–3
Worker 收到消息—-Hello–0
[DEBUG]   [11-10-6 下午9:49] [akka:event-driven:dispatcher:global-7] [HelloWorker] started
Future call over
Master接收到Work消息:Hello–4
[DEBUG]   [11-10-6 下午9:49] [akka:event-driven:dispatcher:global-7] [HelloWorker] started
Worker 收到消息—-Hello–3
Future call over
Worker 收到消息—-Hello–4
[DEBUG]   [11-10-6 下午9:49] [akka:event-driven:dispatcher:global-7] [HelloWorker] started
Worker 将消息Hello–1处理完成
Worker 将消息Hello–2处理完成
Worker Return—-result—-Hello–2 。
Worker Return—-result—-Hello–1 。
[DEBUG]   [11-10-6 下午9:49] [akka:event-driven:dispatcher:global-13] [HelloWorker] stopping
Worker 将消息Hello–0处理完成
[DEBUG]   [11-10-6 下午9:49] [akka:event-driven:dispatcher:global-3] [HelloWorker] stopping
Worker Return—-result—-Hello–0 。
[DEBUG]   [11-10-6 下午9:49] [akka:event-driven:dispatcher:global-23] [HelloWorker] stopping
Worker 将消息Hello–4处理完成
Worker 将消息Hello–3处理完成
Worker Return—-result—-Hello–4 。
Worker Return—-result—-Hello–3 。
[DEBUG]   [11-10-6 下午9:49] [akka:event-driven:dispatcher:global-11] [HelloWorker] stopping
[DEBUG]   [11-10-6 下午9:49] [akka:event-driven:dispatcher:global-10] [HelloWorker] stopping

可以从服务端日志看到,Master接收到Work消息后onReceive就结束了(函数最后打印Future call
over),一连接收了5个消息,然后Worker才收到消息并处理。最后消息处理完成好后f1的call才收到Worker Return的消息。
这里使用Future实现并发。

如果不使用Future:
def result = worker.sendRequestReply(o)       //将消息发给worker actor
println "Worker Return—-" + result
getContext().replyUnsafe(result)      // 将worker返回的消息回复给客户端
这就成了同步处理(第一个消息处理完后才接收并处理第二个消息)。

 

如果在Future后调用了f1.await()或f1.get(),也成同步的了,因为await将等待worker返回后再继续往下执行。       
Future f1 = Futures.future(new Callable() {
    Object call() {
        def result = worker.sendRequestReply(o)       //将消息发给worker actor
        worker.stop()
        println "Worker Return—-" + result
        clientChannel.sendOneWay(result)
        return result
    }
})

println "Future call over" + f1.get()

服务器日志如下:
[GENERIC] [11-10-6 下午10:06] [RemoteServerStarted(akka.remote.netty.NettyRemoteSupport@7e566633)]
[DEBUG]   [11-10-6 下午10:06] [main] [HelloMaster] started
[GENERIC] [11-10-6 下午10:07]
[RemoteServerClientConnected(akka.remote.netty.NettyRemoteSupport@7e566633,Some(/10.68.15.113:53571))]
Master接收到Work消息:Hello–0
[DEBUG]   [11-10-6 下午10:07] [akka:event-driven:dispatcher:global-3] [HelloWorker] started
Worker 收到消息—-Hello–0
Worker 将消息Hello–0处理完成
[DEBUG]   [11-10-6 下午10:07] [akka:event-driven:dispatcher:global-5] [HelloWorker] stopping
Worker Return—-result—-Hello–0 。
Future call overresult—-Hello–0 。
Master接收到Work消息:Hello–2
Worker 收到消息—-Hello–2
[DEBUG]   [11-10-6 下午10:07] [akka:event-driven:dispatcher:global-3] [HelloWorker] started
Worker 将消息Hello–2处理完成
Worker Return—-result—-Hello–2 。
Future call overresult—-Hello–2 。
Master接收到Work消息:Hello–3
[DEBUG]   [11-10-6 下午10:07] [akka:event-driven:dispatcher:global-10] [HelloWorker] stopping
[DEBUG]   [11-10-6 下午10:07] [akka:event-driven:dispatcher:global-3] [HelloWorker] started
Worker 收到消息—-Hello–3
Worker 将消息Hello–3处理完成
Worker Return—-result—-Hello–3 。
Future call overresult—-Hello–3 。
Master接收到Work消息:Hello–4
[DEBUG]   [11-10-6 下午10:08] [akka:event-driven:dispatcher:global-14] [HelloWorker] stopping
[DEBUG]   [11-10-6 下午10:08] [akka:event-driven:dispatcher:global-3] [HelloWorker] started
Worker 收到消息—-Hello–4
Worker 将消息Hello–4处理完成
Worker Return—-result—-Hello–4 。
Future call overresult—-Hello–4 。
Master接收到Work消息:Hello–1
[DEBUG]   [11-10-6 下午10:08] [akka:event-driven:dispatcher:global-18] [HelloWorker] stopping
[DEBUG]   [11-10-6 下午10:08] [akka:event-driven:dispatcher:global-3] [HelloWorker] started
Worker 收到消息—-Hello–1
Worker 将消息Hello–1处理完成
Worker Return—-result—-Hello–1 。
Future call overresult—-Hello–1 。
[DEBUG]   [11-10-6 下午10:08] [akka:event-driven:dispatcher:global-21] [HelloWorker] stopping
Master接收到Work消息:Hello–6
[DEBUG]   [11-10-6 下午10:08] [akka:event-driven:dispatcher:global-24] [HelloWorker] started
Worker 收到消息—-Hello–6
Worker 将消息Hello–6处理完成
Worker Return—-result—-Hello–6 。
Future call overresult—-Hello–6 。
Master接收到Work消息:Hello–5
[DEBUG]   [11-10-6 下午10:09] [akka:event-driven:dispatcher:global-26] [HelloWorker] stopping
Worker 收到消息—-Hello–5
[DEBUG]   [11-10-6 下午10:09] [akka:event-driven:dispatcher:global-24] [HelloWorker] started

 

需要注意的是,Akka默认使用环境变量%AKKA_HOME%/config/akka.conf配置,默认配置是client的read-
timeout =
10(客户端连接10秒后将自动断开,这时服务端再给客户端发消息就发布了了。报RemoteServerWriteFailed异常),可以将值设为
0,将一直连着不断开。
actor的timeout默认为5秒,也太短了,延长(不能设为0,0为总是超时).

7.参考文档

1) akka官网    http://akka.io/        

2)akka简介        http://blog.chinaunix.net/uid-25885064-id-3400549.html

3)Scala语言:集成面向对象和函数式编程的特性

4)actors模型           http://janeky.iteye.com/blog/1504125

5)示例          http://www.th7.cn/Program/java/2012/03/29/67015.shtml

6)akka资料  http://www.jdon.com/tags/10531

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