浅谈JAVA Actor模型的一致性与隔离性

一.Actor模型介绍

在单核 CPU 发展已经达到一个瓶颈的今天，要增加硬件的速度更多的是增加 CPU 核的数目。而针对这种情况，要使我们的程序运行效率提高，那么也应该从并发方面入手。传统的多线程方法又极其容易出现 Bug 而难以维护，不过别担心，今天将要介绍另一种并发的模式能一定程度解决这些问题，那就是 Actor 模型。

Actor 模型其实就是定义一组规则，这些规则规定了一组系统中各个模块如何交互及回应。在一个 Actor 系统中，Actor 是最小的单元模块，系统由多个 Actor 组成。每个 Actor 有两个东西，一个是 mailbox，一个是自身状态。同时 Actor 有接收和发送的功能。下面代码给出一个大概的 Actor 样例：

trait Actor {
 //持有一个表示自身状态的私有变量
 val state:Integer = 0;
 //持有一个mailbox 的队列
 val mailBox:mutable.Queue[Message] = scala.collection.mutable.Queue[Message]()
 def send(message : Message): Unit ={
   ...
 }
 def recive(): Unit ={
   ...
 }
}

当一个 Actor 接收到消息后，它会执行下面三种操作中的一种：

  • 创建其他 Actor。
  • 向其他 Actor 发送消息。
  • 修改自身状态。

需要注意的是，尽管许多 Actor 同时运行，但是一个actor只能顺序地处理消息。也就是说其它 Actor 发送了三条消息给一个 Actor ，这个 Actor 只能一次处理一条。所以如果你要并行处理3条消息，你需要把这条消息发给3个actors。

下面这张图展示了一个简单的 Actor 模型系统：

了解了 Actor 模型的大概规则后，我们用两个具体的例子来看看 Actor 模型的妙处以及不足吧。

二. 两个例子

2.1 素数计算

假设我们现在有一个任务，需要找出100000以内素数个数，并且使用多线程的方式实现。

下图展示了使用共享内存的方式和以Actor模型的方式进行并发执行。

这里展示了两种处理并发的不同思路，传统的方式是通过锁/同步的方式来实现并发，每次同步获取当前值，并让一个线程去判断值是否为素数，是的话再通过同步的方式对计数器加1（这里的说明只是作为提供思路用，这种方法自然有很大的优化空间）。

而使用 Actor 模型则不一样，它将这一过程拆分成几个模块，即拆分成几个 Actor 。每个 Actor 负责不同的部分，通过消息传递的方式让这几个 Actor 协同工作，并且其中涉及到主要计算的 Actor 可以有多个，通过多个 Actor 协同工作实现并发。

2.2 银行转账

银行转账的任务描述很简单，假设有两个用户，现在用户A向用户B转账100元，这个 Actor 模型该如何设计呢？

用户 A 和 用户 B 明显是两个 Actor ，但我们同时还需要一个可以控制用户A Actor 和用户B Actor 的 Actor ，我们称之为 转账管家 Actor。那么流程图如下。

可以看到，当一个转账需求过来的时候，Actor 管家会先向 用户A Actor 发送扣款 100 元的信息，接受到扣款成功消息后再发送消息给用户B Actor，发送让其增加 100 元的消息。

一切看起来都很美好是吧，但这里面有一个问题，那就是在用户A Actor 扣款期间，用户B Actor 是不受限制的，此时对用户B Actor 进行操作是合法的！针对这种情况单纯的Actor模型就显得比较乏力了，需要加入其他机制以保证一致性。

看到这你就明白了，Actor 模型并非万能的，它有一定的缺点。那就是针对一致性要求比较强的场景比较乏力。

三. 为什么会出现 Actor 模型

接下来我们来聊聊为什么会有 Actor 模型这种并发编程模型出现。

我们需要先说说并发性中的一致性和隔离性。

一致性即让数据保持一致，比如银行转账例子中，用户A 转给　用户B 100块钱，没有其他干扰的情况下，转账完成时。用户A 的账户必然减少 100 元，用户B 的账户必然增加100 元，这就满足了一致性。不能说用户A 减少50 或用户B 增加了 200。

隔离性可以理解为牺牲一部分的一致性需求，而获得性能的提高。打个比方，在完全一致的情况下，任务都是串行的，这时候也就不存在隔离性了。

明白这些之后，你就直到为什么会有 Actor 模型了。

传统并发模式，共享内存是倾向于强一致性弱隔离性的。比如悲观锁/同步的方式，其实就是使用强一致性的方式控制并发。而 Actor 模型天然是强隔离性且弱一致性，所以 Actor 模型在并发中有良好的性能，且易于控制和管理。

这样你就明白 Actor 模型适合于什么样的并发场景了，当对一致性需求不是很高的情况下且对性能需求较高时，Actor 模型无疑是一个值得尝试的方案。

以上就是浅谈JAVA Actor模型的一致性与隔离性的详细内容，更多关于JAVA Actor模型的资料请关注我们其它相关文章！

赞 (0)

相关推荐

  • Java设计模式之工厂模式（Factory模式）介绍

    Java设计模式之工厂模式（Factory模式）介绍

    工厂模式定义:提供创建对象的接口. 为何使用工厂模式 工厂模式是我们最常用的模式了,著名的Jive论坛,就大量使用了工厂模式,工厂模式在Java程序系统可以说是随处可见. 为什么工厂模式是如此常用?因为工厂模式就相当于创建实例对象的new,我们经常要根据类Class生成实例对象,如A a=new A() 工厂模式也是用来创建实例对象的,所以以后new时就要多个心眼,是否可以考虑实用工厂模式,虽然这样做,可能多做一些工作,但会给你系统带来更大的可扩展性和尽量少的修改量. 我们以类Sample为例,

  • Java Reactor反应器模式使用方法详解

    Reactor反应器模式 到目前为止,高性能网络编程都绕不开反应器模式.很多著名的服务器软件或者中间件都是基于反应器模式实现的,如Nginx.Redis.Netty. 反应器模式是高性能网络编程的必知.必会的模式. Reactor简介 反应器模式由Reactor反应器线程.Handlers处理器两大角色组成: (1)Reactor反应器线程的职责:负责响应IO事件,并且分发到Handlers处理器. (2)Handlers处理器的职责:非阻塞的执行业务处理逻辑. 从上面的反应器模式定义,看不出这

  • Java:DocumentBuilderFactory调用XML的方法实例

    首先得到:得到 DOM 解析器的工厂实例      DocumentBuilderFactory domfac=DocumentBuilderFactory.newInstance(); 然后从 DOM 工厂获得 DOM 解析器 DocumentBuilder dombuilder=domfac.newDocumentBuilder(); )把要解析的 XML 文档转化为输入流,以便 DOM 解析器解析它 InputStream is= new  FileInputStream("test1.x

  • 简单了解Java Netty Reactor三种线程模型

    1. Reactor三种线程模型 1.1. 单线程模型 Reactor单线程模型,指的是所有的IO操作都在同一个NIO线程上面完成,NIO线程的职责如下: 1)作为NIO服务端,接收客户端的TCP连接: 2)作为NIO客户端,向服务端发起TCP连接: 3)读取通信对端的请求或者应答消息: 4)向通信对端发送消息请求或者应答消息. Reactor单线程模型示意图如下所示: Reactor单线程模型 由于Reactor模式使用的是异步非阻塞IO,所有的IO操作都不会导致阻塞,理论上一个线程可以独立处

  • 浅谈JAVA Actor模型的一致性与隔离性

    一.Actor模型介绍 在单核 CPU 发展已经达到一个瓶颈的今天,要增加硬件的速度更多的是增加 CPU 核的数目.而针对这种情况,要使我们的程序运行效率提高,那么也应该从并发方面入手.传统的多线程方法又极其容易出现 Bug 而难以维护,不过别担心,今天将要介绍另一种并发的模式能一定程度解决这些问题,那就是 Actor 模型. Actor 模型其实就是定义一组规则,这些规则规定了一组系统中各个模块如何交互及回应.在一个 Actor 系统中,Actor 是最小的单元模块,系统由多个 Actor 组

  • 浅谈Java内存模型之happens-before

    浅谈Java内存模型之happens-before

    happens-before原则非常重要,它是判断数据是否存在竞争.线程是否安全的主要依据,依靠这个原则,我们解决在并发环境下两操作之间是否可能存在冲突的所有问题.下面我们就一个简单的例子稍微了解下happens-before : i = 1;       //线程A执行 j = i ;      //线程B执行 j 是否等于1呢?假定线程A的操作(i = 1)happens-before线程B的操作(j = i),那么可以确定线程B执行后j = 1 一定成立,如果他们不存在happens-be

  • 浅谈Java锁的膨胀过程以及一致性哈希对锁膨胀的影响

    浅谈Java锁的膨胀过程以及一致性哈希对锁膨胀的影响

    目录 1.锁优化 1.1.锁消除 1.2.锁粗化 1.3.自旋锁 1.4.自适应自旋锁 1.5.锁膨胀 2.锁膨胀实战 2.1.jol工具 2.2.锁膨胀测试代码 2.3.输出分析 2.4.锁释放 3.一致性哈希对锁膨胀的影响 4.锁性能测试 1.锁优化 在JDK6之前,通过synchronized来实现同步效率是很低的,被synchronized包裹的代码块经过javac编译后,会在代码块前后加上monitorenter和monitorexit字节码指令,被synchronized修饰的方法则

  • 浅谈Java开发架构之领域驱动设计DDD落地

    浅谈Java开发架构之领域驱动设计DDD落地

    目录 一.前言 二.开发目标 三.服务架构 3.1.应用层{application} 3.2.领域层{domain} 3.3.基础层{infrastructrue} 3.4.接口层{interfaces} 四.开发环境 五.代码示例 六.综上总结 一.前言 整个过程大概是这样的,开发团队和领域专家一起通过 通用语言(Ubiquitous Language)去理解和消化领域知识,从领域知识中提取和划分为一个一个的子领域(核心子域,通用子域,支撑子域),并在子领域上建立模型,再重复以上步骤,这样周而

  • 浅谈Java线程间通信之wait/notify

    浅谈Java线程间通信之wait/notify

    Java中的wait/notify/notifyAll可用来实现线程间通信,是Object类的方法,这三个方法都是native方法,是平台相关的,常用来实现生产者/消费者模式.先来我们来看下相关定义: wait() :调用该方法的线程进入WATTING状态,只有等待另外线程的通知或中断才会返回,调用wait()方法后,会释放对象的锁. wait(long):超时等待最多long毫秒,如果没有通知就超时返回. notify() :通知一个在对象上等待的线程,使其从wait()方法返回,而返回的前提

  • 浅谈java指令重排序的问题

    指令重排序是个比较复杂.觉得有些不可思议的问题,同样是先以例子开头(建议大家跑下例子,这是实实在在可以重现的,重排序的概率还是挺高的),有个感性的认识 /** * 一个简单的展示Happen-Before的例子. * 这里有两个共享变量:a和flag,初始值分别为0和false.在ThreadA中先给 a=1,然后flag=true. * 如果按照有序的话,那么在ThreadB中如果if(flag)成功的话,则应该a=1,而a=a*1之后a仍然为1,下方的if(a==0)应该永远不会为 * 真,

  • 浅谈Java内存区域与对象创建过程

    一.java内存区域 Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域.这些区域都有各自的用途,以及创建和销毁的时间,有的区域随着虚拟机进程的启动而存在,有的区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁.根据<Java虚拟机规范(JavaSE7版)>的规定,Java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域. 1.程序计数器(线程私有) 程序计数器(Program Counter Register)是一块较小的内存空间,它可以看作是当前线程所执行的字节码

  • 浅谈java常用的几种线程池比较

    1. 为什么使用线程池 诸如 Web 服务器.数据库服务器.文件服务器或邮件服务器之类的许多服务器应用程序都面向处理来自某些远程来源的大量短小的任务.请求以某种方式到达服务器,这种方式可能是通过网络协议(例如 HTTP.FTP 或 POP).通过 JMS 队列或者可能通过轮询数据库.不管请求如何到达,服务器应用程序中经常出现的情况是:单个任务处理的时间很短而请求的数目却是巨大的. 构建服务器应用程序的一个简单模型是:每当一个请求到达就创建一个新线程,然后在新线程中为请求服务.实际上对于原型开发这

  • 浅谈java线程中生产者与消费者的问题

    一.概念 生产者与消费者问题是一个金典的多线程协作的问题.生产者负责生产产品,并将产品存放到仓库:消费者从仓库中获取产品并消费.当仓库满时,生产者必须停止生产,直到仓库有位置存放产品:当仓库空时,消费者必须停止消费,直到仓库中有产品. 解决生产者/消费者问题主要用到如下几个技术:1.用线程模拟生产者,在run方法中不断地往仓库中存放产品.2.用线程模拟消费者,在run方法中不断地从仓库中获取产品.3  . 仓库类保存产品,当产品数量为0时,调用wait方法,使得当前消费者线程进入等待状态,当有新

  • 浅谈Java垃圾回收的实现过程

    本教程是为了理解基本的Java垃圾回收以及它是如何工作的.这是垃圾回收教程系列的第二部分.希望你已经读过了第一部分:<简单介绍Java垃圾回收机制>. Java垃圾回收是一项自动化的过程,用来管理程序所使用的运行时内存.通过这一自动化过程,JVM解除了程序员在程序中分配和释放内存资源的开销. 启动Java垃圾回收 作为一个自动的过程,程序员不需要在代码中显示地启动垃圾回收过程.System.gc()和Runtime.gc()用来请求JVM启动垃圾回收. 虽然这个请求机制提供给程序员一个启动GC

随机推荐