Hello Actor 模型

Actor 模型本質上是一種計算模型，基本的計算單元稱為 Actor，換言之，在 Actor 模型中，所有的計算都是在 Actor 中執行的。在面向對象編程里面，一切都是對象；在 Actor 模型里，一切都是 Actor，并且 Actor 之間是完全隔離的，不會共享任何變量。

當看到“不共享任何變量”的時候，相信你一定會眼前一亮，并發問題的根源就在于共享變量，而 Actor 模型中 Actor 之間不共享變量，那用 Actor 模型解決并發問題，一定是相當順手。的確是這樣，所以很多人就把 Actor 模型定義為一種并發計算模型。其實 Actor 模型早在 1973 年就被提出來了，只是直到最近幾年才被廣泛關注，一個主要原因就在于它是解決并發問題的利器，而最近幾年隨著多核處理器的發展，并發問題被推到了風口浪尖上。

但是 Java 語言本身并不支持 Actor 模型，所以如果你想在 Java 語言里使用 Actor 模型，就需要借助第三方類庫，目前能完備地支持 Actor 模型而且比較成熟的類庫就是 Akka 了。在詳細介紹 Actor 模型之前，我們就先基于 Akka 寫一個 Hello World 程序，讓你對 Actor 模型先有個感官的印象。

在下面的示例代碼中，我們首先創建了一個 ActorSystem（Actor 不能脫離 ActorSystem 存在）；之后創建了一個 HelloActor，Akka 中創建 Actor 并不是 new 一個對象出來，而是通過調用 system.actorOf() 方法創建的，該方法返回的是 ActorRef，而不是 HelloActor；最后通過調用 ActorRef 的 tell() 方法給 HelloActor 發送了一條消息 “Actor” 。

//該Actor當收到消息message后， //會打印Hello message static class HelloActor extends UntypedActor {@Overridepublic void onReceive(Object message) {System.out.println("Hello " + message);} } public static void main(String[] args) {//創建Actor系統ActorSystem system = ActorSystem.create("HelloSystem");//創建HelloActorActorRef helloActor = system.actorOf(Props.create(HelloActor.class));//發送消息給HelloActorhelloActor.tell("Actor", ActorRef.noSender()); }

通過這個例子，你會發現 Actor 模型和面向對象編程契合度非常高，完全可以用 Actor 類比面向對象編程里面的對象，而且 Actor 之間的通信方式完美地遵守了消息機制，而不是通過對象方法來實現對象之間的通信。那 Actor 中的消息機制和面向對象語言里的對象方法有什么區別呢？

消息和對象方法的區別

在沒有計算機的時代，異地的朋友往往是通過寫信來交流感情的，但信件發出去之后，也許會在寄送過程中弄丟了，也有可能寄到后，對方一直沒有時間寫回信……這個時候都可以讓郵局“背個鍋”，不過無論如何，也不過是重寫一封，生活繼續。

Actor 中的消息機制，就可以類比這現實世界里的寫信。Actor 內部有一個郵箱（Mailbox），接收到的消息都是先放到郵箱里，如果郵箱里有積壓的消息，那么新收到的消息就不會馬上得到處理，也正是因為 Actor 使用單線程處理消息，所以不會出現并發問題。你可以把 Actor 內部的工作模式想象成只有一個消費者線程的生產者 - 消費者模式。
所以，在 Actor 模型里，發送消息僅僅是把消息發出去而已，接收消息的 Actor 在接收到消息后，也不一定會立即處理，也就是說 Actor 中的消息機制完全是異步的。而調用對象方法，實際上是同步的，對象方法 return 之前，調用方會一直等待。

除此之外，調用對象方法，需要持有對象的引用，所有的對象必須在同一個進程中。而在 Actor 中發送消息，類似于現實中的寫信，只需要知道對方的地址就可以，發送消息和接收消息的 Actor 可以不在一個進程中，也可以不在同一臺機器上。因此，Actor 模型不但適用于并發計算，還適用于分布式計算。

Actor 的規范化定義

通過上面的介紹，相信你應該已經對 Actor 有一個感官印象了，下面我們再來看看 Actor 規范化的定義是什么樣的。Actor 是一種基礎的計算單元，具體來講包括三部分能力，分別是：

• 處理能力，處理接收到的消息。
• 存儲能力，Actor 可以存儲自己的內部狀態，并且內部狀態在不同 Actor 之間是絕對隔離的。
• 通信能力，Actor 可以和其他 Actor 之間通信。

當一個 Actor 接收的一條消息之后，這個 Actor 可以做以下三件事：

• 創建更多的 Actor；
• 發消息給其他 Actor；
• 確定如何處理下一條消息。

其中前兩條還是很好理解的，就是最后一條，該如何去理解呢？前面我們說過 Actor 具備存儲能力，它有自己的內部狀態，所以你也可以把 Actor 看作一個狀態機，把 Actor 處理消息看作是觸發狀態機的狀態變化；而狀態機的變化往往要基于上一個狀態，觸發狀態機發生變化的時刻，上一個狀態必須是確定的，所以確定如何處理下一條消息，本質上不過是改變內部狀態。

在多線程里面，由于可能存在競態條件，所以根據當前狀態確定如何處理下一條消息還是有難度的，需要使用各種同步工具，但在 Actor 模型里，由于是單線程處理，所以就不存在競態條件問題了。
用 Actor 實現累加器

支持并發的累加器可能是最簡單并且有代表性的并發問題了，可以基于互斥鎖方案實現，也可以基于原子類實現，但今天我們要嘗試用 Actor 來實現。

在下面的示例代碼中，CounterActor 內部持有累計值 counter，當 CounterActor 接收到一個數值型的消息 message 時，就將累計值 counter += message；但如果是其他類型的消息，則打印當前累計值 counter。在 main() 方法中，我們啟動了 4 個線程來執行累加操作。整個程序沒有鎖，也沒有 CAS，但是程序是線程安全的。

//累加器 static class CounterActor extends UntypedActor {private int counter = 0;@Overridepublic void onReceive(Object message){//如果接收到的消息是數字類型，執行累加操作，//否則打印counter的值if (message instanceof Number) {counter += ((Number) message).intValue();} else {System.out.println(counter);}} } public static void main(String[] args) throws InterruptedException {//創建Actor系統ActorSystem system = ActorSystem.create("HelloSystem");//4個線程生產消息ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(4);//創建CounterActor ActorRef counterActor = system.actorOf(Props.create(CounterActor.class));//生產4*100000個消息 for (int i=0; i<4; i++) {es.execute(()->{for (int j=0; j<100000; j++) {counterActor.tell(1, ActorRef.noSender());}});}//關閉線程池es.shutdown();//等待CounterActor處理完所有消息Thread.sleep(1000);//打印結果counterActor.tell("", ActorRef.noSender());//關閉Actor系統system.shutdown(); }

總結

Actor 模型是一種非常簡單的計算模型，其中 Actor 是最基本的計算單元，Actor 之間是通過消息進行通信。Actor 與面向對象編程（OOP）中的對象匹配度非常高，在面向對象編程里，系統由類似于生物細胞那樣的對象構成，對象之間也是通過消息進行通信，所以在面向對象語言里使用 Actor 模型基本上不會有違和感。

在 Java 領域，除了可以使用 Akka 來支持 Actor 模型外，還可以使用 Vert.x，不過相對來說 Vert.x 更像是 Actor 模型的隱式實現，對應關系不像 Akka 那樣明顯，不過本質上也是一種 Actor 模型。

Actor 可以創建新的 Actor，這些 Actor 最終會呈現出一個樹狀結構，非常像現實世界里的組織結構，所以利用 Actor 模型來對程序進行建模，和現實世界的匹配度非常高。Actor 模型和現實世界一樣都是異步模型，理論上不保證消息百分百送達，也不保證消息送達的順序和發送的順序是一致的，甚至無法保證消息會被百分百處理。雖然實現 Actor 模型的廠商都在試圖解決這些問題，但遺憾的是解決得并不完美，所以使用 Actor 模型也是有成本的。
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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java并发编程实战~Actor 模型的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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