Orleans是微软开源的分布式actor模型框架.actor模型的原理网络上有很多文章.有许多理论性的文章,深刻地我都不知道怎么应用.在这里我就不赘述了.既然是博客,就说说自己的理解。
对于编程来说,不管是前台还是后台,在现在的计算机环境下,多线程编程是不可避免的。多线程带来的很多好处,也带来的很多编程上的“坏处”。好处就是,什么并发、高效,高资源利用率等等高大上的词语。这些就不详细说了。就说说坏处.
多线程带来的最大的变化就是:我先前保存的变量A,在我想要再次利用它的时候,A是否被其他线程给更改了?数据库中叫脏读,我们拿过来用,“避免脏读”又有个同义词叫做“操作的原子性”。为了解决脏读的问题,有一下几种办法:
办法一变量A在初始赋值的时候,就规定它不可以被更改,就是不可变,英文叫做immutable,很多函数式语言如F#,scala等都有不可变量。既然量是不可变的。就不会有什么脏读问题了。这真是个好办法,但是在C#和JAVA这样的语言里,这不是个好办法。
办法二就是大家经常使用的,多线程,架锁。精巧的设计类,小心的使用这些来,管理各种资源的竞争。为了避免脏读,在C#以及JAVA里,架锁是一个可行的办法。但是这样会使得效率变低(锁架地多了,这个会更明显),更为关键是带来逻辑的复杂性。架锁的程序,可以说是一个“正确但是脆弱”的程序。离开了初创人员,后来的人想读懂读透?呵呵,人生苦短。
办法三,也是Orleans采用的办法,设计一个类,保证这个类从“创建”过程到“销毁”过程,以及“中途调用它的方法”的执行过程,这三个“过程”不管何时何地调用,都会在同一个线程中运行。这样的化,我就可以放心大胆的去修改,调用这个类的方法,而不用担心这个指向这个类的变量出现“脏读”的情况。这个某种程度上算是办法一和二的折中。为了说明这个办法,就不得不说Actor模型。
人与人的沟通只是通过消息,不管是听闻嗅触等等感觉,都是往外界往人的身体发送的消息.人处理后做出反应.这个处理与反应是异步的.接受消息和处理消息都是并行的、同时的进行。actor模型就是模拟这种通信方式.用Actor作为名称,也算是指明了这个模型想要模拟什么。
既然是模拟,那就是简单化。Orleans模型里,每一个actor有专门的类代表它,叫做Grain,这个grain类就是模拟通信场景中的”人”,但是Orleans为了解决多线程带来的“资源竞争”等问题,采用了办法三,再Orleans框架内,它保证每个grain类符合以下行为规范:
A. 发往同一个grain类实例的任何消息都会在固定线程内执行。
B. grain类按照接受消息的先后,依次处理消息。在任意时间点,一个grain实例只处理一个消息。
C. grain实例内的字段属性,只能由实例本身访问。外界不能访问。
在大部分情况下,这些规范都是成立的。这些规范被称为“单线程机制”。但是也要有“变通”,这些“变通”涉及到很多其他方面,在以后的文章中会解释是如何变通的,为什么要变通,以及什么场景下才需要变通。不过现在你可以认为,这些规则就是“法律”。在Orleans的框架内,这些grain们都是一些“头脑简单并且自闭的人”。你作为设计者,如果恰到好处的布置这些“人”,它们会给你惊喜。比如对于消息的处理,可以做到全程无锁等。。。高大上的特性。
同时Orleans是使用Actor模型的,同时微软更近了一步,它是使用的虚拟的Actor模型。具体怎么个虚拟法,这个以后的文章中解释。
以上说了那么多,就说明Orleans是使用actor模型的。还没有说分布。Orleans是分布式的。那是因为所有Actor之间的互动是跨线程的,甚至是跨计算机的。同时Orleans框架保证开启多个服务端程序实例,通过简单的配置,它们的行为就会如同单一的服务端实例一样。客户端感觉不到区别,简单的说就是服务端能“合体”。两个小奥特曼,每个小奥特曼由更小的细胞组成,同时他们又合体变成了一个大的奥特曼,就问你怕不怕,你如果不怕,Orleans甚至实现了“合体的合体”---这种横向扩展性为高可用,资源的充分利用以及大吞吐量带来可很大的想象空间,同时也是灵活部署的基础。另外利用Orleans的Actor模型,也可以很容的实现event sourcing。它甚至已经内置了event sourcing中间件。
Orleans同时也有Net.Core版本,利用它可以实现跨平台运行,它名字叫做Orleans vNext.我是按照framwork版本写的。两个版本的使用方法几乎相同。
这个世界有很多actor模型框架,JAVA和Scala的AKKA,C#的AKKA.Net以及Orleans。它们都是开源的,都可以去下载它们的源码学习。在写文章的时候,Orleans版本刚刚是1.5版本,所以我就只能按照1.5版本来写。
要读的非常的顺畅,我假定读者都熟悉C#,熟悉多线程,特别是C#中Task类的用法,虽然很多时候,这些没有这些知识也能非常顺利的读懂,但是有,会在关键的时刻帮助你理解Orleans。更进一步,如果熟悉了以上知识,才能明白Orleans能不能帮助你解决实际工作中的问题。以及在技术选型的时候,明白Orleans是不是你想要的。
我初步计划写8篇左右.争取把Orleans的所有主要方面介绍完毕,初步目的是看完之后能用Orleans处理问题.
我曾经对Orleans进行了简单的翻译.并作为资料与好友分享.考虑到国内Orleans的框架文章并不是很多,所以想写一些文章,来介绍一下它. ,本人不是什么大牛,只是肯花时间而已.一定有很多地方不完善,甚至是错误的.能够有资格”用”此框架的人,一定都是公司的技术骨干,所以我也有很多地方向大家学习.如果谁想跟我交流联系,欢迎加我QQ:82676624.
一.铺垫。
虽然是个入门例子,还是需要一些铺垫。
Orleans的最小完全体,应该分为2个部分。一个是Orleans客户端,一个是Orleans服务端,这里为什么要加上“Orleans”这个限定词语呢?那是因为Orleans的完全体,才是普通意义上的服务端主程。它们共同构成了游戏服务器,网站服务器等等。
在Orleans客户端中,我们使用GrainClient类以及Grain类,在Orleans服务端内,我们主要使用silo类和grain类。这里要说说Silo类,前面说过Grain类是处于“单线程机制”约束下的类,那么它们运行在哪个地方呢?就是Silo类所在的地方。Silo类是Grain地代码实际执行的地方,它是Grain类的宿主,它承载着所有的Grain实例,也许是几百万个Grain实例。在一些语境下,silo,silohost,以及Orleans服务端,这三个词语有可能代表同一个意思.
一个外部请求的处理大部分情况下需要很多个Grain实例,进行一连串的方法调用后才能处理完毕,这些Grain实例形成一个处理消息的链条,这个消息流走于Grain链内直至处理完毕。那么这个消息是如何第一次到达Grain链条里呢?GrainClient类的作用就是入口,它通知Silo类,有新消息达到,它需要哪个Grain类实例,需要调用特定的方法等。
经过以上铺垫,要想创造一个Orleans完全体,我来用vs2017创建一个解决方案,里面添加4个项目:Client,Host,Grains,IGrains。它们的作用分别解释如下:
Client:这个显而易见,里面就是要运行GrainClient的。它要和Host通信,这就要求它引用IGrains项目。这是个控制台项目
Host:这个也是显而易见,里面就是要运行Silo的。它应该引用Grains项目以及IGrains项目,因为它要承载Grain(这就要求引用Grains类),并且需要Grain实例间的通信(这就要求引用IGrains项目),这是个控制台项目
Grains:这个里面实现所有IGrain载明的接口,实现所有的Grain类,包括它们的方法以及字段。(它要求引用IGrain。。。废话)这是个类库项目
IGrains:这里放置所有Grains类要扩展的接口。这是个类库项目。
同时为了使用Orleans框架,我们还需要引用Orleans的类库,官方教程里有方案,不过,我们采用简单的办法,统一引用一个类库集合,下文有述。
好吧,以上解释不管懂与不懂,你就暂且记下,先按照步骤一步一步来吧。也许某个阶段,你就突然懂了。我相信在读的各位对这种醍醐灌顶的感觉一定不陌生。
按照以上套路,我开始了我的工作,我打算跟世界say Hi:
二.创建
我创建了四个项目的解决方案,它长成这个样子,注意它们的.net框架版本都是4.6.1:
好了我们要引用Orleans类库啦,说了半天,终于要主角登场啦,好激动,所以我nuget引用了Microsoft.Orleans.Server,它长这样子:
里面没有实际内容,我现在先弄IGrains,它很简单,就一个接口一个方法:长成这样:
我再弄Grains项目:它就是要实现IGrains项目里的接口,所以先引用哪个项目,然后实现它,长这样子。
我再实现Client项目,它需要引用IGrains项目,它长这样子:
最后是Host类,它长这样子:
现在我高兴的运行这个Orleans完全体,它再一连串的日志记录之后,跳出了 hello world如下图
…我成功地创造了Orleans地完全体。好了全系列文章到此结束。
补充
噢,我还需要补充一下下。
搞了半天,闹这么大动静,就写了个简版的WCF?并不是,这里只是展示了码Orleans的主要步骤。这里有几个要点需要解释一下:
1.IGrains的所有接口方法,必须是返回Task类的。这个是必须的,因为Orleans的“单线程机制”,是建立在Task类之上的。它是利用TaskScheduler类,实现“单线程机制”的。啥?有人问怎么实现的?你确信自己入门教程还没有看完就想知道?…以后再说吧。反正接口的方法,必须是返回Task。 |
2.IGrains接口扩展自IGrainWithInteger接口,这个IGrainWithInteger接口是Orleans提供的,之前说过,Grain实例之间需要通信,这就需要彼此区分,要有各自的主标识。这个接口,就规定了主标识是长整数(名字是整数,但是实际上是长整数)。Grain实例的主标识还可以是其他类型:比如字符串和Guid等等。 |
3.Grains项目中,实现了我规定的接口,就表明自己的主标识是长整数,它又扩展自Grain类,就表明自己受“单线程机制”约束了 |
4.Host项目,只是引用了Grains项目,但是没有再代码中具体使用。它如何知道自己要承载哪些Grain类?Host利用反射检查所有目录里的类库文件,如果找到grain类,它就加载,并管理起来 |
5.GrainClient有静态的,有动态的类,我这里先使用静态类讲解。动态类其实一样。我调用的时候,使用一个参数“12345”。就是要告诉Host。我要**主标识是12345的Grain类实例。然后又调用了它的say方法。它聪明的再host的控制台窗口打印出say hello。 |
到现在,我们就明白了,再Orleans的世界里,给grain发送消息,实质上是调用对应的接口,grain实例接收到消息以后,使用对应的方法进行处理。(吃瓜群众:这不就是一个RPC框架嘛…呵呵。)
在这个简单的例子里,展现出的东西还有很多,不过今天很晚了,打完收工。明天继续说说这个例子展现的内容。
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