Spring与Akka的集成

概述

近年来随着Spark的火热，Spark本身使用的开发语言Scala、用到的分布式内存文件系统Tachyon（现已更名为Alluxio）以及基于Actor并发编程模型的Akka都引起了大家的注意。了解过Akka或者Actor的人应该知道，这的确是一个很不错的框架，按照Akka官网的描述——使用Akka使得构建强有力的并发与分布式应用将更加容易。由于历史原因，很多Web系统在开发分布式服务时首先会选择RMI(Remote Method Invoke ,远程方法调用)、RPC(Remote Procedure Call Protocol,远程过程调用)或者使用JMS（Java Messaging Service,Java消息服务）。

但是使用RMI只能使用java语言，而且开发、执行效率都不高；RPC框架虽然可以通过匹配方法签名的方式比RMI更灵活，但是其存在调用超时、调用丢失等缺点；JMS方式虽然可以通过At Least Delivery Once、消息持久化等机制保证消息不会丢失，但是只能作为一种跨服务的生产者、消费者编程模型使用。Akka不但处理了以上问题，而且还可以使用Actor作为并发编程模型，减少java多线程编程的阻塞、调度、上下文开销甚至死锁等问题。此外，Akka还提供了集群Sharding、流处理等功能的支持，更易于实现有限状态自动机等功能。所以有心的开发者势必会关心如何在最常见的Java系统中使用它，如何与Spring集成？

本文参考Akka官方使用文档，根据自身的经验和理解，提供Akka与Spring集成的方案。本文不说明Spring框架的具体使用，并从Spring已经配置完备的情况开始叙述。

Actor系统——ActorSystem

什么是ActorSystem？根据Akka官网的描述——ActorSystem是一个重量级的结构体，可以用于分配1到N个线程，所以每个应用都需要创建一个ActorSystem。通常而言，使用以下代码来创建ActorSystem。

ActorSystem system = ActorSystem.create("Hello");

不过对于接入Spring而言，由IOC（Inversion of Control，控制反转）方式会更接地气，你可以这样：

    <!-- AKKA System Setup -->
    <bean id="actorSystem" class="akka.actor.ActorSystem" factory-method="create" destroy-method="shutdown" scope="singleton">
        <constructor-arg value="helloAkkaSystem"/>
    </bean>

然后在你需要的地方依赖注入即可。

Actor编程模型

有关Actor编程模型的具体介绍可以看我的另一篇博文——《Spark如何使用Akka实现进程、节点通信的简明介绍》，里面有更多的介绍。需要补充的是，在最新的Scala官方网站上已经决定废弃Scala自身的Actor编程模型，转而全面拥抱Akka提供的Actor编程模型。

我们可以通过以下代码（代码片段借用了Akka官网的例子）创建一个简单的Actor例子。

Greeter是代表问候者的Actor：

public class Greeter extends UntypedActor {

  public static enum Msg {
    GREET, DONE;
  }

  @Override
  public void onReceive(Object msg) {
    if (msg == Msg.GREET) {
      System.out.println("Hello World!");
      getSender().tell(Msg.DONE, getSelf());
    } else
      unhandled(msg);
  }

}

一般情况下我们的Actor都需要继承自UntypedActor，并实现其onReceive方法。onReceive用于接收消息，你可以在其中实现对消息的匹配并做不同的处理。

HelloWorld是用于向Greeter发送问候消息的访客：

public class HelloWorld extends UntypedActor {

  @Override
  public void preStart() {
    // create the greeter actor
    final ActorRef greeter = getContext().actorOf(Props.create(Greeter.class), "greeter");
    // tell it to perform the greeting
    greeter.tell(Greeter.Msg.GREET, getSelf());
  }

  @Override
  public void onReceive(Object msg) {
    if (msg == Greeter.Msg.DONE) {
      // when the greeter is done, stop this actor and with it the application
      getContext().stop(getSelf());
    } else
      unhandled(msg);
  }
}

有了Actor之后，我们可以这样使用它：

ActorRef a = system.actorOf(Props.create(HelloWorld.class), "helloWorld");

在HelloWorld的preStart实现中，获取了Greeter的ActorRef（Actor的引用）并向Greeter发送了问候的消息，Greeter收到问候消息后，会先打印Hello World！，然后向HelloWorld回复完成的消息，HelloWorld得知Greeter完成了向世界问好这个伟大的任务后，就结束了自己的生命。HelloWorld的例子用编程API的方式告诉了我们如何使用Actor及发送、接收消息。为了便于描述与Spring的集成，下面再介绍一个例子。

CountingActor（代码主体借用自Akka官网）是用于计数的Actor，见代码清单1所示。

代码清单1

@Named("CountingActor")
@Scope("prototype")
public class CountingActor extends UntypedActor {

    public static class Count {
    }

    public static class Get {
    }

    // the service that will be automatically injected
    @Resource
    private CountingService countingService;

    private int count = 0;

    @Override
    public void onReceive(Object message) throws Exception {
        if (message instanceof Count) {
            count = countingService.increment(count);
        } else if (message instanceof Get) {
            getSender().tell(count, getSelf());
        } else {
            unhandled(message);
        }
    }
}

CountingActor用于接收Count消息进行计数，接收Get消息回复给发送者当前的计数值。CountingService是用于计数的接口，其定义如下：

public interface CountingService {

    /**
     * 计数
     * @param count
     * @return
     */
    int increment(int count);

}

CountingService的具体实现是CountingServiceImpl，其实现如下：

@Service("countingService")
public class CountingServiceImpl implements CountingService {

    private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(CountingServiceImpl.class);

    /*
     * (non-Javadoc)
     *
     * @see com.elong.sentosa.metadata.service.CountingService#increment(int)
     */
    @Override
    public int increment(int count) {
        logger.info("increase " + count + "by 1.");
        return count + 1;
    }

}

CountingActor通过注解方式注入了CountingService，CountingActor的计数实际是由CountingService完成。

        细心的同学可能发现了CountingActor使用了注解Named，这里为什么没有使用@Service或者@Component等注解呢？由于Akka的Actor在初始化的时候必须使用System或者Context的工厂方法actorOf创建新的Actor实例，不能使用构造器来初始化，而使用Spring的Service或者Component注解，会导致使用构造器初始化Actor，所以会抛出以下异常：

akka.actor.ActorInitializationException: You cannot create an instance of [com.elong.metadata.akka.actor.CountingActor] explicitly using the constructor (new). You have to use one of the 'actorOf' factory methods to create a new actor. See the documentation.

如果我们不能使用@Service或者@Component，也不能使用XML配置的方式使用（与注解一个道理），那么我们如何使用CountingActor提供的服务呢？

IndirectActorProducer接口

IndirectActorProducer是Akka提供的Actor生成接口，从其名字我们知道Akka给我们指出了另一条道路——石头大了绕着走！通过实现IndirectActorProducer接口我们可以定制一些Actor的生成方式，与Spring集成可以这样实现它，见代码清单2所示。

代码清单2

public class SpringActorProducer implements IndirectActorProducer {
    private final ApplicationContext applicationContext;
    private final String actorBeanName;
    private final Object[] args;

    public SpringActorProducer(ApplicationContext applicationContext, String actorBeanName, Object ... args) {
        this.applicationContext = applicationContext;
        this.actorBeanName = actorBeanName;
        this.args = args;
    }

    public Actor produce() {
        return (Actor) applicationContext.getBean(actorBeanName, args);
    }

    public Class<? extends Actor> actorClass() {
        return (Class<? extends Actor>) applicationContext.getType(actorBeanName);
    }
}

SpringActorProducer的实现主要借鉴了Akka官方文档，我这里对其作了一些扩展以便于支持构造器带有多个参数的情况。从其实现看到实际是利用了ApplicationContext提供的getBean方式实例化Actor。
       这里还有两个问题：一、ApplicationContext如何获取和设置？二、如何使用SpringActorProducer生成Spring需要的Actor实例？

对于第一个问题，我们可以通过封装SpringActorProducer并实现ApplicationContextAware接口的方式获取ApplicationContext；对于第二个问题，我们知道Akka中的所有Actor实例都是以Props作为配置参数开始的，这里以SpringActorProducer为代理生成我们需要的Actor的Props。

SpringExt实现了以上思路，见代码清单3所示。

代码清单3

@Component("springExt")
public class SpringExt implements Extension, ApplicationContextAware {

    private ApplicationContext applicationContext;

    /**
     * Create a Props for the specified actorBeanName using the
     * SpringActorProducer class.
     *
     * @param actorBeanName
     *            The name of the actor bean to create Props for
     * @return a Props that will create the named actor bean using Spring
     */
    public Props props(String actorBeanName, Object ... args) {
        return Props.create(SpringActorProducer.class, applicationContext, actorBeanName, args);
    }

    public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
        this.applicationContext = applicationContext;
    }
}

应用例子

经过了以上的铺垫，现在你可以使用创建好的CountingActor了，首先你需要在你的业务类中注入ActorSystem和SpringExt。

        @Autowired
    private ActorSystem actorSystem;

    @Autowired
    private SpringExt springExt;

然后我们使用CountingActor进行计数，代码如下：

    ActorRef counter = actorSystem.actorOf(springExt.props("CountingActor"), "counter");

    // Create the "actor-in-a-box"
        final Inbox inbox = Inbox.create(system);

    // tell it to count three times
        inbox.send(counter, new Count());
        inbox.send(counter, new Count());
        inbox.send(counter, new Count());

    // print the result
    FiniteDuration duration = FiniteDuration.create(3, TimeUnit.SECONDS);
    Future<Object> result = ask(counter, new Get(), Timeout.durationToTimeout(duration));
    try {
        System.out.println("Got back " + Await.result(result, duration));
    } catch (Exception e) {
        System.err.println("Failed getting result: " + e.getMessage());
        throw e;
    }

输出结果为：

Got back 3

总结

本文只是最简单的Akka集成Spring的例子，Akka的remote、cluster、persistence、router等机制都可以应用。

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