本節(jié)主要內(nèi)容：
1. 重要概念
2. Actor模型
3. Akka架構(gòu)簡(jiǎn)介

多核處理器的出現(xiàn)使并發(fā)編程（Concurrent Programming）成為開(kāi)發(fā)人員必備的一項(xiàng)技能，許多現(xiàn)代編程語(yǔ)言都致力于解決并發(fā)編程問(wèn)題。并發(fā)編程雖然能夠提高程序的性能，但傳統(tǒng)并發(fā)編程的共享內(nèi)存通信機(jī)制對(duì)開(kāi)發(fā)人員的編程技能要求很高，需要開(kāi)發(fā)人員通過(guò)自身的專業(yè)編程技能去避免死鎖、互斥等待及競(jìng)爭(zhēng)條件（Race Condition）等，熟悉Java語(yǔ)言并發(fā)編程的讀者們對(duì)這些問(wèn)題的理解會(huì)比較深刻，這些問(wèn)題使得并發(fā)編程比順序編程要困難得多。
Scala語(yǔ)言并沒(méi)有直接使用Java語(yǔ)言提供的并發(fā)編程庫(kù)，而是通過(guò)Actor模型來(lái)解決Java并發(fā)編程中遇到的各種問(wèn)題，為并發(fā)編程提供了更高級(jí)的抽象。
1 重要概念
（1）并發(fā)和并行
并發(fā)和并行從宏觀來(lái)看，都是為進(jìn)行多任務(wù)運(yùn)行，但并發(fā)（Concurrency）和并行（parallelism）兩者之間是有區(qū)別的。并行是指兩個(gè)或者兩個(gè)以上任務(wù)在同一時(shí)刻同時(shí)運(yùn)行,；而并發(fā)是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的任務(wù)在同一時(shí)間段內(nèi)運(yùn)行，即一個(gè)時(shí)間段中有幾個(gè)任務(wù)都處于已啟動(dòng)運(yùn)行到運(yùn)行完畢之間，這若干任務(wù)在同一CPU上運(yùn)行但任一個(gè)時(shí)刻點(diǎn)上只有一個(gè)任務(wù)運(yùn)行。圖121給出了多核處理器下的現(xiàn)代操作系統(tǒng)進(jìn)程和線程模型，圖中進(jìn)程2的線程1被調(diào)用度到處理器的核2上運(yùn)行、進(jìn)程3的線程1被調(diào)度到處理器的核3上運(yùn)行，進(jìn)程2的線程1和進(jìn)程3的線程1是并行的，它們可以同時(shí)運(yùn)行，而進(jìn)程1的線程1和線程2都調(diào)度到處理器的核1上運(yùn)行，此外它們還共享線程1的內(nèi)存空間，在運(yùn)行時(shí)面臨著資源競(jìng)爭(zhēng)包括CPU、內(nèi)存及其它如IO等，它們?cè)谕粫r(shí)候只能運(yùn)行一個(gè)，但在一段時(shí)間內(nèi)都可以運(yùn)行，因此進(jìn)程1的線程1和線程2是并發(fā)執(zhí)行的。

圖1 進(jìn)程、線程模型
（2）橫向擴(kuò)展和縱向擴(kuò)展
所謂縱向擴(kuò)展（Scale Up）指的是增加程序的進(jìn)度或線程數(shù)量，提高程序的并發(fā)性；而橫向擴(kuò)展（Scale Out）指的是程序可以擴(kuò)展到其它機(jī)器上運(yùn)行，即通過(guò)分布式系統(tǒng)來(lái)提到程序的并行度。傳統(tǒng)的Java并發(fā)編程模型不容易進(jìn)行縱向擴(kuò)展，因此并發(fā)的線程數(shù)越多，程序行為便會(huì)變得很難理解和控制，更多的線程加入到資源競(jìng)爭(zhēng)，出現(xiàn)死鎖等情況的概率增加。橫向擴(kuò)展比縱向擴(kuò)展困難更大，此時(shí)的程序變?yōu)榉植际江h(huán)境下的應(yīng)用，情況更為復(fù)雜，對(duì)開(kāi)發(fā)人員的要求更高。scala提供的Actor模型可以解決并發(fā)應(yīng)用程序的橫向擴(kuò)展和縱向擴(kuò)展問(wèn)題，如圖2、圖3給出了基本Actor模型的橫向擴(kuò)展和縱向擴(kuò)展。

圖2 縱向擴(kuò)展

圖3 橫向擴(kuò)展

2 Actor模型
在使用Java語(yǔ)言進(jìn)行并發(fā)編程時(shí)，需要特別關(guān)注共享的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，線程間的資源競(jìng)爭(zhēng)容易導(dǎo)致死鎖等問(wèn)題，而Actor模型便是要解決線程和鎖帶來(lái)的問(wèn)題，Actor是一種基于事件（Event-Based）的輕量級(jí)線程，在使用Actor進(jìn)行并發(fā)編程時(shí)只需要關(guān)注代碼結(jié)構(gòu)，而不需要過(guò)分關(guān)注數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因此Actor最大限度地減少了數(shù)據(jù)的共享。 Actor由三個(gè)重要部分組成，它們是狀態(tài)（state），行為（Behavior）和郵箱（Mailbox），Actor與Actor之間的交互通過(guò)消息發(fā)送來(lái)完成，Actor模型如圖4所示，狀態(tài)指的是Actor對(duì)象的變量信息，它可以是Actor對(duì)象中的局部變量、占用的機(jī)器資源等，狀態(tài)只會(huì)根據(jù)Actor接受的消息而改變，從而避免并發(fā)環(huán)境下的死鎖等問(wèn)題；行為指的是Actor的計(jì)算行為邏輯，它通過(guò)處理Actor接收的消息而改變Actor狀態(tài)；郵箱（mailbox）建立起Actor間的連接，即Actor發(fā)送消息后，另外一個(gè)Actor將接收的消息放入到郵箱中待后期處理，郵箱的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)是通過(guò)隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)的，隊(duì)列可以是有界的（Bounded）也可以是無(wú)界的（Unbounded），有界隊(duì)列實(shí)現(xiàn)的郵箱容量固定，無(wú)界隊(duì)列實(shí)現(xiàn)的郵箱容易不受限制。

圖4 Actor模型
不難看出，Actor模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的高度抽象，它具有如下特點(diǎn)：（1）Actor之間使用消息傳遞機(jī)制進(jìn)行通信，傳遞的消息使用的是不可變消息，Actor之間并不共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如果有數(shù)據(jù)共享則通過(guò)消息發(fā)送的方式進(jìn)行；（2） 各Actor都有對(duì)應(yīng)的mailbox，如果其它Actor向該Actor發(fā)送消息，消息將入隊(duì)待后期處理；（3）Actor間的消息傳遞通過(guò)異步的方式進(jìn)行，即消息的發(fā)送者發(fā)送完消息后不必等待回應(yīng)便可以返回繼承處理其它任務(wù)。

3 Akka并發(fā)編程框架
Scala語(yǔ)言中原生地支持Actor模型，只不過(guò)功能還不夠強(qiáng)大，從Scala 2.10版本之后，Akka框架成為Scala包的一部分，可以在程序中直接使用。Akka框架作為Akka是一個(gè)以Actor模型為基礎(chǔ)構(gòu)建的基于事件的并發(fā)編程框架，底層使用Scala語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，提供Java和Scala兩種API，它屬于LightBend公司（原Typesafe公司）體系結(jié)構(gòu)的一部分，如圖5所示。

圖5 Lightbend 體系結(jié)構(gòu)[ ]
Akka框架意在簡(jiǎn)化高并發(fā)、可擴(kuò)展及分布式應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)，它具有如下優(yōu)勢(shì)：
（1） 使用Akka框架編寫的應(yīng)用程序既可以橫向擴(kuò)展（Scale Out）、也可縱向擴(kuò)展（Scale Up）。
（2） 編寫并發(fā)應(yīng)用程序更簡(jiǎn)單，Akka提供了更高的抽象，開(kāi)發(fā)人員只需要專注于業(yè)務(wù)邏輯，而無(wú)需像Java語(yǔ)言那樣需要處理底級(jí)語(yǔ)義如線程、鎖及非阻塞IO等。
（3） 高容錯(cuò)，Akka使用“l(fā)et it crashes”機(jī)制，當(dāng)Actor出錯(cuò)時(shí)可以快速恢復(fù)。
（4） 事件驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)，Akka中的Actor之間的通信采用異步消息發(fā)送，能夠完美支持事件驅(qū)動(dòng)。
（5） 位置透明，無(wú)論是Actor運(yùn)行在本地機(jī)器還是遠(yuǎn)程機(jī)器上，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)都是透明的，這極大地簡(jiǎn)化了多核處理器和分布式系統(tǒng)上的應(yīng)用程序編程。
（6） 事務(wù)支持能力，支持軟件事務(wù)內(nèi)存（software transactional memory，STM），使Actor具有原子消息流的操作能力。
Akka框架由下列十個(gè)組件構(gòu)成：
（1） akka-actor ：包括經(jīng)典的Actor、Typed Actors、IO Actor等
（2） akka-remote：遠(yuǎn)程Actor
（3） akka-testkit：測(cè)試Actor系統(tǒng)的工具箱
（4） akka-kernel ：Akka微內(nèi)核，用于運(yùn)行精簡(jiǎn)的微型應(yīng)用程序服務(wù)器，無(wú)需運(yùn)行于Java應(yīng)用服務(wù)器上。
（5） akka-transactor ：Transactors 即支持事務(wù)的 actors，集成了Scala STM
（6） akka-agent – 代理, 同樣集成了Scala STM
（7） akka-camel – 集成Apache Camel
（8） akka-zeromq – 集成ZeroMQ 消息隊(duì)列
（9） akka-slf4j – 支持SLF4J 日志功能
（10） akka-filebased-mailbox – 支持基于文件的mailbox

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Akka框架——第一节：并发编程简介的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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