Actor-ES框架:Ray

并发

1. 并发和并行

并发:两个或多个任务在同一时间段内运行。关注点在任务分割。

并行:两个或多个任务在同一时刻同时运行。关注点在同时执行。

本文大多数情况下不会严格区分这两个概念,默认并发就是指并行机制下的并发。

2. 好处

随着多核处理器的出现,并发编程可以提高程序的性能(吞吐量和响应能力)。

3. 并发实现方式共享内存模型

因为并发能提高程序的性能,为了解决并发的需求,许多编程语言提供了共享内存通信机制(本文称为共享内存模型),体现是引入了Thread(线程)等概念。线程的出现解决了两个问题,一是GUI出现后急切需要并发机制来保证用户界面的响应;二是互联网发展后带来的多用户问题。但编写正确的并发、容错、可扩展的程序并不容易,对开发人员要求比较高,需要开发人员有能力处理避免死锁、互斥等待、竞争条件等问题。 当对程序进行纵向扩展(Scale Up)和横向扩展(Scale Out)时,问题会变得更加复杂。

为什么这么难:

We believe that writing correct concurrent, fault-tolerant and scalable applications is too hard. Most of the time it’s because we are using the wrong tools and the wrong level of abstraction. ——Akka

译:

我们认为写正确的并发、容错、可扩展的程序如此之难,是因为我们用了错误的工具和错误的抽象。——Akka

开发人员采用共享内存模型进行并发编程时,需要特别关注共享的数据结构及线程间的资源竞争导致的死锁等问题,这是一个非常大的难点,Actor模型可以很大程度地解决这些问题。

Actor模型

Actor模型这么好,Actor模型是什么?

Actor模型是一个概念模型,用于处理并发计算。它定义了一系列系统组件应该如何动作和交互的通用规则,最著名的使用这套规则的编程语言是Erlang。

Actor由3部分组成:状态(State)+行为(Behavior)+邮箱(Mailbox),State是指actor对象的变量信息,存在于actor之中,actor之间不共享内存数据,actor只会在接收到消息后,调用自己的方法改变自己的state,从而避免并发条件下的死锁等问题;Behavior是指actor的计算行为逻辑;邮箱建立actor之间的联系,一个actor发送消息后,接收消息的actor将消息放入邮箱中等待处理,邮箱内部通过队列实现,消息传递通过异步方式进行。

Actor是分布式存在的内存状态及单线程计算单元,一个Id对应的Actor只会在集群种存在一个(有状态的 Actor在集群中一个Id只会存在一个实例,无状态的可配置为根据流量存在多个),使用者只需要通过Id就能随时访问不需要关注该Actor在集群的什么位置。单线程计算单元又保证了消息的顺序到达,不存在Actor内部状态竞用问题。

Actor框架--Orleans

Actor模型这么好,怎么实现?

可以通过特定的Actor工具或直接使用编程语言实现Actor模型,Erlang语言含有Actor元素,Scala可以通过Akka框架实现Actor编程。目前C#语言中有两类比较流行,Akka.NET框架和Orleans框架。本文主要关注Orleans框架。

Orleans是微软开发的开源、分布式、跨平台的Virtual Actor框架,可以方便C#开发者开发分布式、高扩张、高并发、低延时的应用程序。

架构落地

1. N-Tier架构(代表三层)

N-Tier架构的代表是三层架构,实际项目分了很多层,多数是三层的延伸。传统的三层体系结构包括无状态的前端,无状态的中间层和存储层。

这种架构存在两个比较大的问题:

由于存储层在延迟和吞吐量方面的限制,系统很难处理高并发的场景。这种结构下通常的办法是在中间层和存储层之间添加缓存层来提高性能。如果引入的是分布式缓存,又会引入状态同步问题,这时候就需要考虑如何精准快速的更新缓存。

这种无状态的N-Tier架构,中间层内独立的应用实体之间通信很不方便,当一个请求需要多实体之间调用时,为业务代码的实现带来了困难。

Actor在架构层面上提供了一个简单的方式来构建无锁分布式大规模的应用程序,而不需要学习和应用复杂的并发和分布式控制,有效的解决了上述两个问题。

Orleans提供了一种直接的方式构建有状态的中间层,大量的业务逻辑实体分布式地部署在集群中,彼此相互独立,又可以相互访问。

缺点:

Orleans技术很优秀,许多人想用,但是目前国内圈子里的资料很少,代码多是Demo,Actor初接触通常觉得不易理解,使得大家找不到Orleans落地的方式。

2. Event Sourcing

在Orleans中,actor中的数据(State)存在于内存中,内存中的数据在断电、重启的场景下会丢失,可以使用Event Sourcing技术解决这一问题,Actor的状态修改是由事件驱动的,事件被持久化起来,然后通过Event Sourcing的技术,还原特定Actor的最新状态到内存。不仅如此,Event Sourcing还会极大地降低系统的耦合性。

什么是事件溯源

一个对象从创建开始到消亡会经历很多事件,以前我们是在每次对象参与完一个业务动作后把对象的最新状态持久化保存到数据库中,也就是说我们的数据库中的数据是反映了对象的当前最新的状态。而事件溯源则相反,不是保存对象的最新状态,而是保存这个对象所经历的每个事件,所有的由对象产生的事件会按照时间先后顺序有序的存放在数据库中。

事件溯源:

不保存对象的最新状态,而是保存对象产生的所有事件。

通过事件溯源(Event Sourcing,ES)得到对象最新状态。

Actor内数据的修改,是ACID强一致性的;跨Actor的数据修改,是最终一致性的,通过EventSourcing实现。这样可以让我们最大化的降低并发冲突,从而最大化的提高整个系统的吞吐。Actor和DDD,CQRS,Event Soucing(事件溯源)设计模型有天然的融合性,基于Actor可以很好的进行以上实践。

EventSourcing的概念通常跟CQRS放在一起,CQRS/ES的概念常常出现在DDD中,在DDD中,有许多程序员向往的实现,但是里面的抽象概念比较多,只熟悉三层的开发人员很难驾驭这些概念,基于这些概念提出的架构设计更是难以捉摸,一些前辈为探索DDD最佳实践,开发了一些DDD框架,但实际项目中,很难保证系统性能。

Actor不好理解,CQRS/ES、DDD不好理解,恰恰这些技术交织在一起能很好的使彼此落地。

3. Ray

说了这么多,目的是为了引出Ray。

Ray是一个集成Actor、Event Sourcing(事件溯源)、Eventual Consistency(最终一致性)的无数据库事务、高性能分布式云框架。Ray是一个非常精致小巧的Actor/ES框架,来自生产环境,踩了很多坑,降低了Actor、ES的开发难度。

来自生产环境

ASP.NET Core、Redis、MongoDB、跨平台、gRPC、RabbitMQ、Dapper……许多朋友都掌握了,但依旧好像缺些什么,或许可以尝试一下新的旅程。这是项目的地址: https://github.com/RayTale, 欢迎大家讨论、参与、使用。

设计图

这张图方便大家初步了解Ray,但是太过强调细节,对DB太过突出,而Event没有突出出来。

这张图更简洁明了一些。

参考:

Orleans Github文档

并发之痛 Thread,Goroutine,Actor

高并发解决方案之Actor——第一节

10 分钟了解 Actor 模型

为什么Actor模型是高并发事务的终极解决方案?

原文地址:http://www.cnblogs.com/CharlesZHENG/p/8327388.html

  • 发表于:
  • 原文链接http://kuaibao.qq.com/s/20180125B02X4100?refer=cp_1026
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