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淺談JAVA Actor模型的一致性與隔離性

更新時(shí)間：2020年06月17日 16:01:59 作者：zzzzMing

這篇文章主要介紹了JAVA Actor模型的的相關(guān)資料，文中講解非常細(xì)致，幫助大家更好的學(xué)習(xí)JAVA，感興趣的朋友可以了解下

一.Actor模型介紹

在單核 CPU 發(fā)展已經(jīng)達(dá)到一個(gè)瓶頸的今天，要增加硬件的速度更多的是增加 CPU 核的數(shù)目。而針對(duì)這種情況，要使我們的程序運(yùn)行效率提高，那么也應(yīng)該從并發(fā)方面入手。傳統(tǒng)的多線程方法又極其容易出現(xiàn) Bug 而難以維護(hù)，不過(guò)別擔(dān)心，今天將要介紹另一種并發(fā)的模式能一定程度解決這些問(wèn)題，那就是 Actor 模型。

Actor 模型其實(shí)就是定義一組規(guī)則，這些規(guī)則規(guī)定了一組系統(tǒng)中各個(gè)模塊如何交互及回應(yīng)。在一個(gè) Actor 系統(tǒng)中，Actor 是最小的單元模塊，系統(tǒng)由多個(gè) Actor 組成。每個(gè) Actor 有兩個(gè)東西，一個(gè)是 mailbox，一個(gè)是自身狀態(tài)。同時(shí) Actor 有接收和發(fā)送的功能。下面代碼給出一個(gè)大概的 Actor 樣例：

trait Actor {
 //持有一個(gè)表示自身狀態(tài)的私有變量
 val state:Integer = 0;
 //持有一個(gè)mailbox 的隊(duì)列
 val mailBox:mutable.Queue[Message] = scala.collection.mutable.Queue[Message]()
 def send(message : Message): Unit ={
  ...
 }
 def recive(): Unit ={
  ...
 }
}

當(dāng)一個(gè) Actor 接收到消息后，它會(huì)執(zhí)行下面三種操作中的一種：

創(chuàng)建其他 Actor。
向其他 Actor 發(fā)送消息。
修改自身狀態(tài)。

需要注意的是，盡管許多 Actor 同時(shí)運(yùn)行，但是一個(gè)actor只能順序地處理消息。也就是說(shuō)其它 Actor 發(fā)送了三條消息給一個(gè) Actor ，這個(gè) Actor 只能一次處理一條。所以如果你要并行處理3條消息，你需要把這條消息發(fā)給3個(gè)actors。

下面這張圖展示了一個(gè)簡(jiǎn)單的 Actor 模型系統(tǒng)：

了解了 Actor 模型的大概規(guī)則后，我們用兩個(gè)具體的例子來(lái)看看 Actor 模型的妙處以及不足吧。

二. 兩個(gè)例子

2.1 素?cái)?shù)計(jì)算

假設(shè)我們現(xiàn)在有一個(gè)任務(wù)，需要找出100000以?xún)?nèi)素?cái)?shù)個(gè)數(shù)，并且使用多線程的方式實(shí)現(xiàn)。

下圖展示了使用共享內(nèi)存的方式和以Actor模型的方式進(jìn)行并發(fā)執(zhí)行。

這里展示了兩種處理并發(fā)的不同思路，傳統(tǒng)的方式是通過(guò)鎖/同步的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)并發(fā)，每次同步獲取當(dāng)前值，并讓一個(gè)線程去判斷值是否為素?cái)?shù)，是的話再通過(guò)同步的方式對(duì)計(jì)數(shù)器加1（這里的說(shuō)明只是作為提供思路用，這種方法自然有很大的優(yōu)化空間）。

而使用 Actor 模型則不一樣，它將這一過(guò)程拆分成幾個(gè)模塊，即拆分成幾個(gè) Actor 。每個(gè) Actor 負(fù)責(zé)不同的部分，通過(guò)消息傳遞的方式讓這幾個(gè) Actor 協(xié)同工作，并且其中涉及到主要計(jì)算的 Actor 可以有多個(gè)，通過(guò)多個(gè) Actor 協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)并發(fā)。

2.2 銀行轉(zhuǎn)賬

銀行轉(zhuǎn)賬的任務(wù)描述很簡(jiǎn)單，假設(shè)有兩個(gè)用戶，現(xiàn)在用戶A向用戶B轉(zhuǎn)賬100元，這個(gè) Actor 模型該如何設(shè)計(jì)呢？

用戶 A 和用戶 B 明顯是兩個(gè) Actor ，但我們同時(shí)還需要一個(gè)可以控制用戶A Actor 和用戶B Actor 的 Actor ，我們稱(chēng)之為轉(zhuǎn)賬管家 Actor。那么流程圖如下。

可以看到，當(dāng)一個(gè)轉(zhuǎn)賬需求過(guò)來(lái)的時(shí)候，Actor 管家會(huì)先向用戶A Actor 發(fā)送扣款 100 元的信息，接受到扣款成功消息后再發(fā)送消息給用戶B Actor，發(fā)送讓其增加 100 元的消息。

一切看起來(lái)都很美好是吧，但這里面有一個(gè)問(wèn)題，那就是在用戶A Actor 扣款期間，用戶B Actor 是不受限制的，此時(shí)對(duì)用戶B Actor 進(jìn)行操作是合法的！針對(duì)這種情況單純的Actor模型就顯得比較乏力了，需要加入其他機(jī)制以保證一致性。

看到這你就明白了，Actor 模型并非萬(wàn)能的，它有一定的缺點(diǎn)。那就是針對(duì)一致性要求比較強(qiáng)的場(chǎng)景比較乏力。

三. 為什么會(huì)出現(xiàn) Actor 模型

接下來(lái)我們來(lái)聊聊為什么會(huì)有 Actor 模型這種并發(fā)編程模型出現(xiàn)。

我們需要先說(shuō)說(shuō)并發(fā)性中的一致性和隔離性。

一致性即讓數(shù)據(jù)保持一致，比如銀行轉(zhuǎn)賬例子中，用戶A 轉(zhuǎn)給　用戶B 100塊錢(qián)，沒(méi)有其他干擾的情況下，轉(zhuǎn)賬完成時(shí)。用戶A 的賬戶必然減少 100 元，用戶B 的賬戶必然增加100 元，這就滿足了一致性。不能說(shuō)用戶A 減少50 或用戶B 增加了 200。

隔離性可以理解為犧牲一部分的一致性需求，而獲得性能的提高。打個(gè)比方，在完全一致的情況下，任務(wù)都是串行的，這時(shí)候也就不存在隔離性了。

明白這些之后，你就直到為什么會(huì)有 Actor 模型了。

傳統(tǒng)并發(fā)模式，共享內(nèi)存是傾向于強(qiáng)一致性弱隔離性的。比如悲觀鎖/同步的方式，其實(shí)就是使用強(qiáng)一致性的方式控制并發(fā)。而 Actor 模型天然是強(qiáng)隔離性且弱一致性，所以 Actor 模型在并發(fā)中有良好的性能，且易于控制和管理。

這樣你就明白 Actor 模型適合于什么樣的并發(fā)場(chǎng)景了，當(dāng)對(duì)一致性需求不是很高的情況下且對(duì)性能需求較高時(shí)，Actor 模型無(wú)疑是一個(gè)值得嘗試的方案。

以上就是淺談JAVA Actor模型的一致性與隔離性的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于JAVA Actor模型的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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