2014年7月28日 星期一

Akka 簡介 - (Deprecated)

Introduction of Akka

Akka 是多工運算的框架,用 Scala 撰寫,也有支援 Java API。Akka 最主要的目的是要解決 Synchronize 造成的效能問題,以及可能發生的 Dead-Lock 問題。

相關資料:

特性

Non-Blocking and Asynchronous

所有 Akka 上的運作都是 Non-Blocking,也就是說任何的動作,都會立即回應。因此已經習慣一個指令,等待一個動作的思維,必需要修正,否則寫出來的程式效能不好,也可能有很多 bug。

當然在實際的環境下,我們還是會有 Blocking call 的需求,Scala 本身就有提供這方面的 API 可用。但 Scala 相關的 eco-system 都建議能不用就不用,以免造成效能上的問題。

Event-Driven, Fire-And-Forgot and Actor

Actor 是 Akka 最基本,也是最重要的元素。 Akka 使用 Actor 來完成工作,並且可以透過自定的 message 來互相溝通,或者觸發指定的工作。最簡單的實作概念:你可以使用 Actor 來管理某個系統資源,但有其他的 Actor 需要使用時,可以透過自定的 message 來操作。舉例來說: A 是個管理 Log Queue 的 Actor,負責將傳來的資料,寫入 log 檔案。 當某個 process 有需要寫 log 時,就可以叫出 A,並對 A 傳送包含要寫入資料的 message。當傳送這個 message 後,process 並不會等待回覆的訊息,而是往下繼續自己的工作。

實作 Actor, 其實也是在實作一個 message 的處理。如果有寫過 Windows 相關的程式,就可以很容易想像。Actor 必需實作一個 receive 的 function 來處理當收到某個 message 時,應該要作什麼事情。雷同在 Windows 下某個 Button 被 Click 時,其實是 Windows 系統發出一個 WM_CLICK 給 Button,而我們會去實作 OnClick funtion 來處理收到 WM_CLICK

Fault-tolerance and Let It Crash

在多工運算下,容錯是件很重要的事情,Akk 採用 Let It Crash 的思維,會自動重啟已經 crash 的 Actor,當然重啟的 policy 也可以自定,沒有的話,Akka 在發現有 Exception 發生時,會自動重啟 Actor。Actor 本身的狀態或資料,跟 Actor 的工作是被分開的,也就是說,某個 Actor 在執行工作時,不幸 Crash 時,在還沒有被 Restart,已經修改的資料,是被保留下來的,此時,你可以選擇 Restart 將資料重新 reset 或者用 Resume 來繼續往下的工作。

Location Transparency

Akka 的 Actor 除了可以在本機上執行,也可以指定在遠端的某個機器執行,中間的網路溝通,akka 會自動幫忙處理,但也很重要的一點,你傳送的 message 必須是可以被 serialize。 Akka 是使用 netty 來處理 network。

實作

在實作前,建議去下載 Typesafe 的 Activator 工具,它會自動產生基本 Scala 開發環境設定,省去寫 SBT 的工作。安裝 Activator 很簡單,只要下載,解開就行了。

用 Activator 產生一個空白的專案:

  • 執行 activator new project_name minimal-scala
  • build.sbt 加入 akka library. libraryDependencies += "com.typesafe.akka" %% "akka-actor" % "2.3.4"
  • project/plugins.sbt 加入 eclipse plugin in. addSbtPlugin("com.typesafe.sbteclipse" % "sbteclipse-plugin" % "2.3.0")
  • 在 project 目錄下,執行 activator eclipse 來產生 Eclipse 的專案檔。

Akka Hello World

按慣例,先來個 hello world。以下的範例會產生一個 Actor ,來接收要對誰說 hello, world, 並回覆給原來的傳送者(sender)。

package com.example

import akka.actor.Actor
import akka.actor.ActorSystem
import akka.actor.Props
import akka.actor.Inbox
import scala.concurrent.duration._

/* 自定 Message */
case class ToWhom(name: String)
case class Response(msg: String)

/* Actor 回覆 Hi, name. Hello, world! */
class MyActor extends Actor {

  def receive = {
    case ToWhom(name) => sender() ! Response(s"Hi, $name. Hello, world!!")
  }

}

object HelloWorld extends App {

  /* 啟動 Akka micro-system */
  val system = ActorSystem("HelloWorld")

  /* 產生一個 Actor。 */
  val actor = system.actorOf(Props[MyActor], "MyHelloWorld")

  /* 看一下 Actor 註冊的 path。如果要重覆使用已產生的 Actor,就需要知道 Actor 的 path。
   * 這個在遠端執行很重要 
   * */
  val path = actor.path
  println(path)

  /* demo 使用已產生的 actor */
  val actor2 = system.actorSelection(path)

  /* 產生一個收信箱. 等一下用此收件箱的名義,對 MyActor 送訊息 */
  val inbox = Inbox.create(system)

  // 以下是多種傳 message 方式,且都是 non-blocking (Fire-and-Forgot)。
  // 方法1
  inbox.send(actor, ToWhom("小明"))
  // 方法2
  //actor.!(ToWhom("小華"))(inbox.getRef)
  // 方法3
  //actor.tell(ToWhom("東東"), inbox.getRef)

  // Blocking call,等待回覆訊息,最多等 5 sec。不等的話,程式會往下執行,就結束了。
  val Response(msg) = inbox.receive(5.seconds)
  println(msg)

  /* 記得要 shutdown, 要不然程式不會結束 */
  system.shutdown

  println("end")
}

小進階多個 Actor 互傳: 吃飯、睡覺、打東東

實際的情況,都是多個 Actor 彼此間在傳訊息。以下我們就用 吃飯、睡覺、打東東 的笑話來 demo。

package com.example.joke

import akka.actor.Actor
import akka.actor.ActorSystem
import akka.actor.Props
import akka.actor.ActorRef
import akka.actor.actorRef2Scala

trait Question
case class Interest() extends Question
case class Why() extends Question

trait Answer
case class Three(name: String, a: String, b: String, c: String) extends Answer
case class Two(name: String, a: String, b: String) extends Answer
case class Because(name: String, msg: String) extends Answer

/**
 * 企鵝
 */
class Penguin(val name: String) extends Actor {
  def receive = {
    case Interest() =>
      sender() ! Three(name, "吃飯", "睡覺", "打東東")
  }

  override def preStart() = {
    println(s"$name start")
  }
}

/**
 * 叫東東的企鵝
 */
class DongDong extends Penguin("東東") {
  override def receive = {
    case Interest() =>
      sender() ! Two(name, "吃飯", "睡覺")
    case Why() => sender() ! Because(name, "我就是" + name)
  }
}

/**
 * 記者
 */
class Reporter extends Actor {
  def receive = {
    /* 有三個興趣的回覆 */
    case Three(name, a, b, c) => 
      println(s"$name: $a, $b, $c")

    /* 只有二個興趣的回覆,反問 why */      
    case Two(name, a, b) =>
      println(s"$name: $a, $b")
      sender() ! Why()

    /* 接到 why 的回覆 */
    case Because(name, msg) =>
      println(s"$name: $msg")
  }
}

object JokeApp extends App {
  val system = ActorSystem("Joke")

  val reporter = system.actorOf(Props[Reporter], "reporter")

  val penguins = new Array[ActorRef](10)

  for (i <- 0 to 8) {
    penguins(i) = system.actorOf(Props(classOf[Penguin], s"Penguin-$i"))
  }

  penguins(9) = system.actorOf(Props[DongDong])

  /* 記者問每隻企鵝,牠的興趣是 */
  penguins.foreach(_.tell(Interest(), reporter))

  /* 主程式等一下,要不然上面都是 non-blocking call,會直接結束程式 */
  Thread.sleep(5000)
  system.shutdown
  println("end")
}

由上面程式的 output,就可以很明顯感覺到 non-blocking 的威力,即使我們程式是循序產生企鵝的物件,但是它們被初始化的順序卻不一定,傳送訊息也是如此。

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