Scala系列——Akka并发编程

一、Akka简介

1、基本介绍

        Akka基于Actor模型,提供了一个用于构建可扩展的(Scalable)、弹性的(Resilient)、快速响应的(Responsive)应用程序的平台。

        Actor模型:在计算机科学领域,Actor模型是一个并行计算(Concurrent Computation)模型,它把actor作为并行计算的基本元素来对待:为响应一个接收到的消息,一个actor能够自己做出一些决策,如创建更多的actor,或发送更多的消息,或者确定如何去响应接收到的下一个消息。

        Actor是Akka中最核心的概念,它是一个封装了状态和行为的对象,Actor之间可以通过交换消息的方式进行通信,每个Actor都有自己的收件箱(Mailbox)。通过Actor能够简化锁及线程管理,可以非常容易地开发出正确地并发程序和并行系统,Actor具有如下特性:

  • 提供了一种高级抽象,能够简化在并发(Concurrency)/并行(Parallelism)应用场景下的编程开发
  • 提供了异步非阻塞的、高性能的事件驱动编程模型
  • 超级轻量级事件处理(每GB堆内存几百万Actor)

2、重要类介绍

1.ActorSystem

        在Akka中,ActorSystem是一个重量级的结构,他需要分配多个线程,所以在实际应用中,ActorSystem通常是一个单例对象,我们可以使用这个ActorSystem创建很多Actor。

2.Actor

        在Akka中,Actor负责通信,在Actor中有一些重要的生命周期方法。

  • preStart()方法:该方法在Actor对象构造方法执行后执行,整个Actor生命周期中仅执行一次。
  • receive()方法:该方法在Actor的preStart方法执行完成后执行,用于接收消息,会被反复执行。

二、RPC项目搭建

1、需求

        目前大多数的分布式架构底层通信都是通过RPC实现的,RPC框架非常多,比如前我们学过的Hadoop项目的RPC通信框架,但是Hadoop在设计之初就是为了运行长达数小时的批量而设计的,在某些极端的情况下,任务提交的延迟很高,所有Hadoop的RPC显得有些笨重。

        Spark 的RPC是通过Akka类库实现的,Akka用Scala语言开发,基于Actor并发模型实现,Akka具有高可靠、高性能、可扩展等特点,使用Akka可以轻松实现分布式RPC功能。

2、架构图

3、代码实现

首先maven构建如下:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
​
    <groupId>com.scala</groupId>
    <artifactId>my_rpc</artifactId>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>
​
    <properties>
        <maven.compiler.source>1.7</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>1.7</maven.compiler.target>
        <encoding>UTF-8</encoding>
        <scala.version>2.10.6</scala.version>
        <scala.compat.version>2.10</scala.compat.version>
    </properties>
​
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.scala-lang</groupId>
            <artifactId>scala-library</artifactId>
            <version>${scala.version}</version>
        </dependency>
​
        <dependency>
            <groupId>com.typesafe.akka</groupId>
            <artifactId>akka-actor_2.10</artifactId>
            <version>2.3.14</version>
        </dependency>
​
        <dependency>
            <groupId>com.typesafe.akka</groupId>
            <artifactId>akka-remote_2.10</artifactId>
            <version>2.3.14</version>
        </dependency>
​
    </dependencies>
​
    <build>
        <!--源码包-->
        <sourceDirectory>src/main/scala</sourceDirectory>
        <testSourceDirectory>src/test/scala</testSourceDirectory>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>net.alchim31.maven</groupId>
                <artifactId>scala-maven-plugin</artifactId>
                <version>3.2.2</version>
                <executions>
                    <execution>
                        <goals>
                            <goal>compile</goal>
                            <goal>testCompile</goal>
                        </goals>
                        <configuration>
                            <args>
                                <arg>-make:transitive</arg>
                                <arg>-dependencyfile</arg>
                                <arg>${project.build.directory}/.scala_dependencies</arg>
                            </args>
                        </configuration>
                    </execution>
                </executions>
            </plugin>
​
            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-shade-plugin</artifactId>
                <version>2.4.3</version>
                <executions>
                    <execution>
                        <phase>package</phase>
                        <goals>
                            <goal>shade</goal>
                        </goals>
                        <configuration>
                            <filters>
                                <filter>
                                    <artifact>*:*</artifact>
                                    <excludes>
                                        <exclude>META-INF/*.SF</exclude>
                                        <exclude>META-INF/*.DSA</exclude>
                                        <exclude>META-INF/*.RSA</exclude>
                                    </excludes>
                                </filter>
                            </filters>
                            <transformers>
                                <transformer implementation="org.apache.maven.plugins.shade.resource.AppendingTransformer">
                                    <resource>reference.conf</resource>
                                </transformer>
                                <transformer implementation="org.apache.maven.plugins.shade.resource.ManifestResourceTransformer">
                                    <mainClass>com.scala.rpc.Worker</mainClass>
                                </transformer>
                            </transformers>
                        </configuration>
                    </execution>
                </executions>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>
​
</project>

然后Master如下:

class Master extends Actor{
  println("constructor invoked")
​
  override def preStart(): Unit = {
    println("preStart invoked")
  }
​
  // 用于接收消息
  override def receive: Receive = {
    case "connect" => {
      println("a client connected")
      sender ! "reply"
    }
​
    case "hello" => {
      println("hello")
    }
  }
}
​
object Master {
  def main(args: Array[String]) {
​
    val host = args(0)
    val port = args(1).toInt
    // 准备配置
    val configStr =
      s"""
         |akka.actor.provider = "akka.remote.RemoteActorRefProvider"
         |akka.remote.netty.tcp.hostname = "$host"
         |akka.remote.netty.tcp.port = "$port"
       """.stripMargin
    val config = ConfigFactory.parseString(configStr)
    //ActorSystem老大,辅助创建和监控下面的Actor,他是单例的
    val actorSystem = ActorSystem("MasterSystem", config)
    //创建Actor, 起个名字
    val master = actorSystem.actorOf(Props[Master], "Master")//Master主构造器会执行
    master ! "hello"  //发送信息
    actorSystem.awaitTermination()  //让进程等待着, 先别结束
  }
}

Worker如下:

class Worker(val masterHost: String, val masterPort: Int) extends Actor{
​
  var master : ActorSelection = _
  //建立连接
  override def preStart(): Unit = {
    //在master启动时会打印下面的那个协议, 可以先用这个做一个标志, 连接哪个master
    //继承actor后会有一个context, 可以通过它来连接
    //需要有/user, Master要和master那边创建的名字保持一致(val master = actorSystem.actorOf(Props[Master], "Master"))
    master = context.actorSelection(s"akka.tcp://MasterSystem@$masterHost:$masterPort/user/Master")
    master ! "connect"
  }
​
  override def receive: Receive = {
    case "reply" => {
      println("a reply form master")
    }
  }
}
​
object Worker {
  def main(args: Array[String]) {
    val host = args(0)
    val port = args(1).toInt
    val masterHost = args(2)
    val masterPort = args(3).toInt
    // 准备配置
    val configStr =
      s"""
         |akka.actor.provider = "akka.remote.RemoteActorRefProvider"
         |akka.remote.netty.tcp.hostname = "$host"
         |akka.remote.netty.tcp.port = "$port"
       """.stripMargin
    val config = ConfigFactory.parseString(configStr)
    //ActorSystem老大,辅助创建和监控下面的Actor,他是单例的
    val actorSystem = ActorSystem("WorkerSystem", config)
    actorSystem.actorOf(Props(new Worker(masterHost, masterPort)), "Worker")
    actorSystem.awaitTermination()
  }
}
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