Orleans稍微复杂的例子—互动

　　这是Orleans系列文章中的一篇.首篇文章在此

　　我费力费心的翻译过官方的教程,但是本人英语词汇量不高,可是架不住电子词典啊…只要肯花时间,我这些内容谁都可以做出来.所以这个事例告诉我们一个道理,那就是码农有三好,钱多话少死得早.我也许只有后两好.

当初阿尔法狗在围棋上战胜人类的时候,人工智能一时大热,不管老小,都大肆谈论一番深度神经网络学习算法等等,我当时也是一时兴起去拿出我崭新的书本,说起来都是泪,大学并没有好好学习,都玩游戏了…不过不管如何,数学系毕业的,底子好点,翻看完必要的知识后,就去看深度神经网络算法,去了解它们的原理,看到最后,我发现,这不就是一种全分类算法吗?顿时觉得高大上的深度学习网络没有那么神秘了.经常看到这样的图片:

　　我们拿过来用,借用微软的话:一个服务本质上是多个可通信actor的集合,用上面的图片好像正合适.

Grain类是轻量级的,为了更好的设计,现实中往往使用grain类来代表颗粒度很细的东西.比如一个商城,可以用GrainA来代表店铺,用GrainB来代表商品…商铺管理商品,所以GrainB就会和GrainA之间有互动,在系统中,对每个商品进行单独控制,就需要很多的GrainB的实例,这在Orleans中很容易做到,更难得的是,可以对GrainB或者GrainA发生的事件进行记录,实现eventsourcing. Actor的建模方式,使得eventsourcing显得很自然,也很容易处理.

　　让多个Grain互动起来才有更多的可能性,一个服务本质上是多个可通信actor的集合.所以在这个例子中,我们创造多个Grain实例,让它们彼此之间有联系.我们使用”现实中的经理于员工的关系”这样一个背景模型来构造这个例子.

步骤

我把它们添加到basic项目里,接口如下图

还是跟以前一样,定义接口.这里注意这些接口只有方法,尽量避免使用属性.虽然现实当中一个经理同时也是一个员工,但是这里的经理接口并没有继承自员工接口.这样做是基于以下考虑:这两个接口都要被扩展成Grain类,以后对员工和经理的状态值进行持久化存储的时候,”非继承”的两个grain类会带来一些方便.稍微说一下持久化:意思就是对Grain类的各个字段进行持久化存储(存到数据库或者文件都可以),方便下一次Grain激活的时候读取各个字段的值.

好了,不管如何,我就是这么勤快的人,直接写了两个接口,而不是选择继承.现在我勤快的实现这两个Grain类.

如下图:

大部分基础工作做完了,我们再client调用它们.

运行之后的截图如下:

上个例子虽然正确的运行了,但是隐藏一个小坑,真正正确的操作应该如下图

这是因为Grain的方法都是异步的.如果不添加await,在一些耗时的操作中也许会出现先后顺序的错误.不过对于这个例子,添加不添加与否,并不影响结果.

解释一下

　　以前说过,Orleans是基于actor模型构建的,但是Orleans把actor模型做到了极致,它是虚拟的actor模型.一个grain的生命周期,是从一个激活开始,到一个反激活结束.它既然是”激活”而不是构造,这就要求grain类不应该有构造函数,即便是没有参数的构造函数.一个grain从来不是    从构建到销毁,而是处于激活或者非激活两个状态. 可以在OnActivateAsync()中控制Graini的激活行为,实现类似于”构造”的过程Orleans保证这个方法会在所有其他方法之前调用.在上一个例子中就展现了如何使用这个方法.

　　在多线程的编程中,最讨厌的两个事情是死锁和错误处理.有时候,在开发的时候测试一百次都不会死锁,但是到部署到客户哪里,一次就给你死锁.这一般是因为测试的环境简单化了,没有考虑到客户环境的并发量以及并发的时间点.更因为这两个因素很多时候根本无法考虑.

　　消息死锁

　　Orleans编程可以做到全程无锁,它同时使得多线程编程逻辑上更容易处理,错误更容易捕捉.但是这不代表不需要设计.为了展现一下,我再此修改员工和经理.这次我们设计一个问候消息如下:

public class GreetingData
{
    public Guid From { get; set; }
    public string Message { get; set; }
    public int Count { get; set; }
}

　　我设想,新员工加入的时候经理给一个问候,同时新员工回答thanks,这样来来回回的消息,就像两个乒乓球机器人一样对发对打.加上一个count,本意是想着来回的次数不要超过3次.不然就进入了死循环了.

修改IEmployee 中的Greeting方法的参数.

Task Greeting(GreetingData data);

修改对接口的实现.

public async Task Greeting(GreetingData data)
{
    Console.WriteLine("{0} said: {1}", data.From, data.Message);

    // stop this from repeating endlessly
    if (data.Count >= ) return;

    // send a message back to the sender
    var fromGrain = GrainFactory.GetGrain<IEmployee>(data.From);
    await fromGrain.Greeting(new GreetingData
        From = this.GetPrimaryKey(),
        Message = "Thanks!",
        Count = data.Count +  });
}

也更新Manager类,这样它就会发送一个新的消息.

public async Task AddDirectReport(IEmployee employee)
{
    _reports.Add(employee);
    await employee.SetManager(this);
    await employee.Greeting(new GreetingData {
        From = this.GetPrimaryKey(),
        Message = "Welcome to my team!" });
}

现在经理说”Welcome to my team!" ,员工应该回复一个Thanks.

　　如果运行这个程序,就造成了一个死锁,这是因为经理发送消息给员工,并等待回应,员工回答Thanks,并等待经理回应.问题就在于员工的消息永远得不到回答,因为经理正在忙着等待它第一个消息完成呢,在经理那里,员工的回答必须排队等待.这就是一个死锁!!同样的还有死循环.在Actor编程中死循环往往容易处理(在任何编程中都容易处理),因为它容易定位.但是死锁就稍微困难点.

　　Orleans提供了日志,可以记录并提示可能的死锁,它一般用WARNING 体现出来,结尾是About to break its promise. 注意在服务器繁忙的时候,网络不好的时候,都有可能出现这个警告.

　　为了 应对这样的死锁,Orleans提供了一个特性[Reentrant],它可以标志一个Grain,使得这个类在处理其他消息的时候,稍微富有”弹性”,可以同时接受其他新消息的到达,(只是”到达”这个步骤”弹性”化,”处理消息”这个步骤依然是刚性的”单线程约束”).使用方法很简单.如下:

[Reentrant]
public class Employee : Grain, IEmployee
{
    ...
}

处理建议

　　Orleans系统分为客户端和服务端.对于网站来说,Orleans客户端通常是asp或者其他的http框架,而Orleans服务端通常是数据库操作端等等.在一个中大型的Orleans系统中,多重Actor互相关联,最好是自上而下的设计,遵循好消息流或者数据流的流动方向,让它们的流动可以分支,但是小心处理回流,(需要回流的地方请小心设计,不过这种情况也不会很多,如果很多,请检查自己的数据设计是否合理).

　　在用一个Grain去管理多个Grain类的想法中,还有一点要注意的是,尽量不要产生过于繁忙的Grain实例.由于Grain实例是”单线程机制”的,一个实例操作过于繁忙会影响效率.上例中,如果一个经理直接下属有一百万个人.那么这样设计的程序过热点就是这个经理.此时需要分散过热点.一个简单的办法是按照员工主标识hash表分段,每一段分给一个经理…此时组合主标识就会派上用场.

　　吃瓜群众应该觉得此处应该有总结:

接口项目就是平时说的”消息协议”.发送消息就是调用接口.在方法内部可以不用锁而随意读写字段.避免死锁和过热的grain实例.

　　上例中设计了单独的问候类,在.net世界里,在作为参数传递和使用的时候,.net是传递实例的地址.但是这种机制在并发和多线程的情况下,并不能很好的工作.在Orleans世界里,作为消息的参数(即Grain方法的参数),传递的时候默认都是对类实例进行一个深度拷贝,在跨机器的情况下,这是很有必要的.但是如果消息发送的目的地就是在本地silo里,如果还是需要进行深度拷贝,就显得多余和浪费了.Orleans提供了一个特性[immutable],用它来标明一个类一旦建立就不会再对它进行修改.如果消息目的地是本地silo,使用[immutable]标明的类作为参数时,Orleans就会跳过对此参数的深度拷贝,而是只传递一个引用.使用非常简单.如下:

[Immutable]
public class GreetingData
{
    public Guid From { get; set; }
    public string Message { get; set; }
    public int Count { get; set; }
}

好了,第二个例子就说完了.有点Orleans实际项目的影子了,但是还是不够…

似乎应该更进一步,那就是存储,把Grain的状态值保存起来,下一次激活的时候,恢复它的状态值,这样才能符合现实需要.可以尝试在OnActivateAsync里控制读取动作,在OnDeactivateAsync中控制存储动作.不过微软提供了更为通用的存储中间件(StorageProvider),使得这些工作变得容易.所以完全没有必要自己另外实现一个(当然你愿意也行).要想使用这些存储中间件,就必须配置一下.可以使用配置文件,也可以在代码里配置.所以持久化就按下暂且不表,我来说说配置.