Scala进阶之路-并发编程模型Akka入门篇

　　　　　　　　　　　　　　　Scala进阶之路-并发编程模型Akka入门篇

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　作者：尹正杰

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一.Akka Actor介绍

1>.Akka介绍

　　写并发程序很难。程序员不得不处理线程、锁和竞态条件等等，这个过程很容易出错，而且会导致程序代码难以阅读、测试和维护。Akka 是 JVM 平台上构建高并发、分布式和容错应用的工具包和运行时。Akka 用 Scala 语言写成，同时提供了 Scala 和 JAVA 的开发接口。

2>.Akka 中 中 Actor  模型

　　Akka 处理并发的方法基于 Actor 模型。在基于 Actor 的系统里，所有的事物都是 Actor，就好像在面向对象设计里面所有的事物都是对象一样。但是有一个重要区别，那就是 Actor 模型是作为一个并发模型设计和架构的，而面向对象模式则不是。Actor 与 Actor 之间只能通过消息通信。

3>.Akaka的特点

　　第一：它是对并发模型进行了更高的抽象；
　　第二：它是异步、非阻塞、高性能的事件驱动编程模型；
　　第三：它是轻量级事件处理（1GB 内存可容纳百万级别个 Actor）；

4>.为什么 Actor 模型是一种处理并发问题的解决方案？

　　处理并发问题就是如何保证共享数据的一致性和正确性，为什么会有保持共享数据正确性这个问题呢？无非是我们的程序是多线程的，多个线程对同一个数据进行修改，若不加同步条件，势必会造成数据污染。那么我们是不是可以转换一下思维，用单线程去处理相应的请求，但是又有人会问了，若是用单线程处理，那系统的性能又如何保证。Actor 模型的出现解决了这个问题，简化并发编程，提升程序性能。

5>.Maven依赖

 <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
 <project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
          xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
          xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
     <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

     <groupId>cn.org.yinzhengjie</groupId>
     <artifactId>MyActor</artifactId>
     <version>1.0-SNAPSHOT</version>

     <!-- 定义一下常量 -->
     <properties>
         <encoding>UTF-8</encoding>
         <scala.version>2.11.8</scala.version>
         <scala.compat.version>2.11</scala.compat.version>
         <akka.version>2.4.17</akka.version>
     </properties>

     <dependencies>
         <!-- 添加scala的依赖 -->
         <dependency>
             <groupId>org.scala-lang</groupId>
             <artifactId>scala-library</artifactId>
             <version>${scala.version}</version>
         </dependency>

         <!-- 添加akka的actor依赖 -->
         <dependency>
             <groupId>com.typesafe.akka</groupId>
             <artifactId>akka-actor_${scala.compat.version}</artifactId>
             <version>${akka.version}</version>
         </dependency>

         <!-- 多进程之间的Actor通信 -->
         <dependency>
             <groupId>com.typesafe.akka</groupId>
             <artifactId>akka-remote_${scala.compat.version}</artifactId>
             <version>${akka.version}</version>
         </dependency>
     </dependencies>

     <!-- 指定插件-->
     <build>
         <!-- 指定源码包和测试包的位置 -->
         <sourceDirectory>src/main/scala</sourceDirectory>
         <testSourceDirectory>src/test/scala</testSourceDirectory>
         <plugins>
             <!-- 指定编译scala的插件 -->
             <plugin>
                 <groupId>net.alchim31.maven</groupId>
                 <artifactId>scala-maven-plugin</artifactId>
                 <version>3.2.2</version>
                 <executions>
                     <execution>
                         <goals>
                             <goal>compile</goal>
                             <goal>testCompile</goal>
                         </goals>
                         <configuration>
                             <args>
                                 <arg>-dependencyfile</arg>
                                 <arg>${project.build.directory}/.scala_dependencies</arg>
                             </args>
                         </configuration>
                     </execution>
                 </executions>
             </plugin>

         </plugins>
     </build>
 </project>

　　自定义默认的源代码包和测试包的位置，需要手动穿件Source Root目录哟，如下图：

二.编写HelloActor

 /*
 @author :yinzhengjie
 Blog:http://www.cnblogs.com/yinzhengjie/tag/Scala%E8%BF%9B%E9%98%B6%E4%B9%8B%E8%B7%AF/
 EMAIL:y1053419035@qq.com
 */
 package cn.org.yinzhengjie.actor

 import akka.actor.{Actor, ActorSystem, Props}

 import scala.io.StdIn

 class HelloActor extends Actor{
     // 重写接受消息的偏函数，其功能是接受消息并处理
     override def receive: Receive = {
         case "你好帅" => println("竟说实话，我喜欢你这种人!")
         case "丑八怪" => println("滚犊子 ！")
         case "stop" => {
             context.stop(self) // 停止自己的actorRef
             context.system.terminate() // 关闭ActorSystem，即关闭其内部的线程池（ExcutorService）
         }
     }
 }

 object HelloActor {
     /**
       * 创建线程池对象MyFactory，用来创建actor的对象的
       */
     private val MyFactory = ActorSystem("myFactory")    //里面的"myFactory"参数为线程池的名称
     /**
       *     通过MyFactory.actorOf方法来创建一个actor，注意，Props方法的第一个参数需要传递我们自定义的HelloActor类，
       * 第二个参数是给actor起个名字
       */
     private val helloActorRef = MyFactory.actorOf(Props[HelloActor], "helloActor")

     def main(args: Array[String]): Unit = {
         var flag = true
         while(flag){
             /**
               * 接受用户输入的字符串
               */
             print("请输入您想发送的消息:")
             val consoleLine:String = StdIn.readLine()
             /**
               * 使用helloActorRef来给自己发送消息，helloActorRef有一个叫做感叹号("!")的方法来发送消息
               */
             helloActorRef ! consoleLine
             if (consoleLine.equals("stop")){
                 flag = false
                 println("程序即将结束！")
             }
             /**
               * 为了不让while的运行速度在receive方法之上，我们可以让他休眠0.1秒
               */
             Thread.sleep(100)
         }
     }
 }

　　以上代码执行结果如下:

三.两个actor通信案例-模拟下棋对话

 /*
 @author :yinzhengjie
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 EMAIL:y1053419035@qq.com
 */
 package cn.org.yinzhengjie.actor

 import akka.actor.{ActorSystem, Props}

 import akka.actor.{Actor, ActorRef}

 /**
   * 定义玩家1
   */
 class player1Actor(val p2: ActorRef) extends Actor{
     // receive方法是负责处理消息的
     override def receive: Receive = {
         case "start" => {
             println("棋圣：I'm OK !")
             p2 ! "该你了"
         }
         case "将军" => {
             println("棋圣：你真猛!")
             Thread.sleep(1000)
             p2 ! "该你了"
         }
     }
 }

 /**
   * 定义玩家2
   */
 class player2Actor extends Actor{

     override def receive: Receive = {
         case "start" => println("棋仙说：I'm OK !")
         case "该你了" => {
             println("棋仙：那必须滴！")
             Thread.sleep(1000)
             /**
               * 注意，这个“sender()”，其实就是对ActorRef的一个引用。它指的是给发送"该你了"的这个对象本身！
               */
             sender() ! "将军"
         }
     }
 }

 object ChineseChess extends App{
     // 创建 actorSystem的工厂，用来生产ActorRef对象！
     private val ChineseChessActorSystem = ActorSystem("Chinese-chess")
     /**
       * 通过actorSystem创建ActorRef
       */
     private val p2 = ChineseChessActorSystem.actorOf(Props[player2Actor], "player2")            //创建player2Actor对象
     private val p1 = ChineseChessActorSystem.actorOf(Props(new player1Actor(p2)), "player1")   //创建player1Actor对象

     p2 ! "start"
     p1 ! "start"
 }

　　运行以上代码输出结果如下:

四.服务端和客户端交互的小程序

1>.服务端代码

 /*
 @author :yinzhengjie
 Blog:http://www.cnblogs.com/yinzhengjie/tag/Scala%E8%BF%9B%E9%98%B6%E4%B9%8B%E8%B7%AF/
 EMAIL:y1053419035@qq.com
 */
 package cn.org.yinzhengjie.robot

 import akka.actor.{Actor, ActorSystem, Props}
 import com.typesafe.config.ConfigFactory

 class ServerActor extends Actor{
     /**
       * receive方法是用来处理客户端发送过来的问题的
       */
     override def receive: Receive = {
         case "start" => println("天猫系统已启动...")

         case ClientMessage(msg) => {
             println(s"收到客户端消息：$msg")
             msg match {
                 /**
                   * sender()发送端的代理对象， 发送到客户端的mailbox中 -> 客户端的receive
                    */
                 case "你叫啥" =>
                     sender() ! ServerMessage("本宝宝是天猫精灵")
                 case "你是男是女" =>
                     sender() ! ServerMessage("本宝宝非男非女")
                 case "你有男票吗" =>
                     sender() ! ServerMessage("本宝宝还小哟")
                 case "stop" =>
                     context.stop(self) // 停止自己的actorRef
                     context.system.terminate() // 关闭ActorSystem，即关闭其内部的线程池（ExcutorService）
                     println("天猫系统已停止...")
                 case _ =>
                     sender() ! ServerMessage("对不起，主人，我不知道你在说什么.......")
             }
         }
     }
 }

 object ServerActor {
     def main(args: Array[String]): Unit = {
         //定义服务端的ip和端口
         val host = "127.0.0.1"
         val port = 8088
         /**
           * 使用ConfigFactory的parseString方法解析字符串,指定服务端IP和端口
           */
         val config = ConfigFactory.parseString(
             s"""
                |akka.actor.provider="akka.remote.RemoteActorRefProvider"
                |akka.remote.netty.tcp.hostname=$host
                |akka.remote.netty.tcp.port=$port
         """.stripMargin)
         /**
           * 将config对象传递给ActorSystem并起名为"Server"，为了是创建服务端工厂对象(ServerActorSystem)。
           */
         val ServerActorSystem = ActorSystem("Server", config)
         /**
           * 通过工厂对象创建服务端的ActorRef
           */
         val serverActorRef = ServerActorSystem.actorOf(Props[ServerActor], "Miao~miao")
         /**
           * 到自己的mailbox -》 receive方法
           */
         serverActorRef ! "start"
     }
 }

2>.客户端代码

 /*
 @author :yinzhengjie
 Blog:http://www.cnblogs.com/yinzhengjie/tag/Scala%E8%BF%9B%E9%98%B6%E4%B9%8B%E8%B7%AF/
 EMAIL:y1053419035@qq.com
 */
 package cn.org.yinzhengjie.robot

 import akka.actor.{Actor, ActorSelection, ActorSystem, Props}
 import com.typesafe.config.ConfigFactory

 import scala.io.StdIn

 class ClientActor(host: String, port: Int) extends Actor{

     var serverActorRef: ActorSelection = _ // 服务端的代理对象

     // 在receive方法之前调用
     override def preStart(): Unit = {
         // akka.tcp://Server@127.0.0.1:8088
         serverActorRef = context.actorSelection(s"akka.tcp://Server@${host}:${port}/user/Miao~miao")
     }
     // mailbox ->receive
     override def receive: Receive = { // shit
         case "start" => println("2018天猫精灵为您服务！")
         case msg: String => { // shit
             serverActorRef ! ClientMessage(msg) // 把客户端输入的内容发送给 服务端（actorRef）--》服务端的mailbox中 -> 服务端的receive
         }
         case ServerMessage(msg) => println(s"收到服务端消息：$msg")
     }
 }

 object ClientActor  {
     def main(args: Array[String]): Unit = {

         //指定客户端的IP和端口
         val host = "127.0.0.1"
         val port  = 8089

         //指定服务端的IP和端口
         val serverHost = "127.0.0.1"
         val serverPort = 8088

         /**
           * 使用ConfigFactory的parseString方法解析字符串,指定客户端IP和端口
           */
         val config = ConfigFactory.parseString(
             s"""
                |akka.actor.provider="akka.remote.RemoteActorRefProvider"
                |akka.remote.netty.tcp.hostname=$host
                |akka.remote.netty.tcp.port=$port
         """.stripMargin)

         /**
           * 将config对象传递给ActorSystem并起名为"Server"，为了是创建客户端工厂对象(clientActorSystem)。
           */
         val clientActorSystem = ActorSystem("client", config)

         // 创建dispatch | mailbox
         val clientActorRef = clientActorSystem.actorOf(Props(new ClientActor(serverHost, serverPort.toInt)), "Client")

         clientActorRef ! "start" // 自己给自己发送了一条消息 到自己的mailbox => receive

         /**
           * 接受用户的输入信息并传送给服务端
           */
         while (true) {
             Thread.sleep(500)
             /**
               * StdIn.readLine方法是同步阻塞的
               */
             val question = StdIn.readLine("请问有什么我可以帮你的吗?>>>")
             clientActorRef ! question
             if (question.equals("stop")){
                 Thread.sleep(500)
                 println("程序即将结束")
                 System.exit(0)
             }
         }
     }
 }

3>.先执行服务端再执行客户端并输入相应信息测试结果如下：

　　客户端运行结果如下：

　　服务端运行结果如下：