【akka】akka框架介绍

一、背景

        大型服务系统由于业务或功能的复杂性，为了维护和升级的便利，往往在架构上按对系统进行拆分，按不同功能拆分成不同的子服务，并进行分布式的部署。但在我们的实践中，对于服务间调用的容错、扩展性、并发性能等问题还需要做严谨的考虑或设计，而由于各种各样的原因工程师们的设计往往有所欠缺。
        对于多线程编程，经常会出现的缺点：线程维护困难、子线程出错后难以恢复、线程阻塞时浪费时间和资源；另外对于密集的计算任务，我们的系统需要达到很高的并发性能，单机系统资源无法满足计算需求，而类似java的fork/join框架又很难在分布式环境下简易地对并发计算进行架构设计。
        而akka框架非常适合解决上述问题。akka框架是一款高性能、高容错性的分布式并发应用框架。akka底层采用scala语言实现，并基于actor并发模型，天然拥有异步、分布式能力，且具有很好的并发性能和容错机制。

二、akka特点

akka典型的特点：

1. 并发模型：基于actor模型，对并发进行高层次的抽象；
2. 异步能力：基于actor模型进行通信，天然具有异步非阻塞的特点；
3. 高容错性：通过父子actor监督机制进行容错处理，为akka分布式模型提供高容错特性；
4. 轻量级: 每个actor只占300bytes左右的内存，1G内存即可容纳百万级数量的actor；
5. 位置透明：akka对actor地址进行了抽象、屏蔽了本地地址和远程地址的差异，对开发者透明
6. 持久化：actor状态或消息可以被持久化，在jvm宕机后actor可以恢复；

三、akka的actor模型

        actor模型是对并发模型的高层次抽象，从底层屏蔽了线程、锁机制的管理，为应用开发提供了简单易用的高层次api。

actor模型.png

        actor模型的几个特征：

1. 程序的计算都在actor中进行。actor实例是程序的最小运算单元；
2. actor之间只能通过消息进行通信。消息是异步传递的，每个actor都有一个邮箱，该邮箱接收其它actor发送的消息，actor实例从邮箱中取出消息进行处理。actor实例内部一次只能同步处理一个消息，因此可以安全的进行状态处理不用进行程序加锁。由于对消息的处理是异步的，所以发送完消息后可以立即返回进行下一步处理（当然也可以等待处理完成）。
3. actor可以响应其它actor发送的消息，并可以更改本身的状态或行为、发送消息给其它actor、创建子actor、对其它actor进行监督

四、akka架构体系

        在akka中，整个actor体系被抽象成一个公共的actor系统，即ActorSystem，ActorSystem是一个层级结构，通过"父监督"模式和DeathWatch模式限定了actor的管理策略。
        akka还提供了诸多的配套组件，例如网络服务、持久化等。

ActorSystem

actor组件

    akka中actor组件具有几个特征：

• actor引用（Actor Reference）
       akka不能通过new的方式创建引用。代替new的方式是，通过actorOf(创建actor)或actorSelection(查找actor)等方式返回Actor对象引用。对开发者而言，actor位置透明（可能存在于本地或远程）。
• 状态（State）
       actor在不同时刻的状态通常用变量来标识。akka在底层为每个actor抽象一个轻量级的执行“线程”，实现了对状态的隔离。
• 行为（Behavior）
       actor在接受到消息后可以对消息进行处理，或者转发给其它actor处理。
• 监督策略 （Supervisor Strategy）
       actorSystem是一个层级结构，父actor对子actor具有监管的能力，可以针对子actor的异常进行：恢复、重启、停止、失败上溯等处理方案，另外提供了One-For-One（默认，只对异常的子actor进行处理）和All-For-One（对所有子actor进行处理）两种监督策略。

邮箱

     每个actor都拥有自己的邮箱，所有接受的消息会先进入邮箱，actor从邮箱中取出消息进行处理。akka自带多种邮箱类型，并提供RequiresMessageQueue接口供开发者自定义特定类型的邮箱。

路由

     actor消息也可以通过路由进行发送，路由可以是一个Router对象，也可以是一个自包含的actor：管理者所有的Routee（路由目标）。开发者可以根据需要选择不同的路由类型，如：轮询、随机、广播等。

网络服务

        提供远程actor和分布式集群的基础能力，包含I/O、网络通信、序列化配置、gossip通信协议、节点管理、集群分片等

http、websocket模块

        akka提供了处理 http、websocket协议的基础模块，可以在此基础上进行开发。

持久化

        akka提供actor的状态持久化方案，在程序出错、宕机等场景下进行恢复。

五、总结

        akka具有异步、分布式、高容错等特性，适合作为分布式应用的基础开发框架，比如，目前比较火的流计算引擎flink也采用akka作为分布式通信框架。开发者也可以用akka打造自己分布式应用服务！