颗粒（Grains）
- 示例：物联网云后端
Orleans运行时（Orleans Runtime）
功能
开始吧
- 构建项目
官方编译
- 在项目中使用nightly构建包
社区
License
相关链接
Orleans起源

Orleans是一个用于构建健壮的、可扩展的分布式应用的跨平台框架。
Orleans将.NET开发者生产力带入了分布式应用的世界，如云服务。Orleans可以将单一的本地部署的服务，扩展为部署在云端的全球分布的、高可用的应用。
Orleans使用了objects、interfaces、async/await以及try/catch等常用的概念，并将它们扩展到多服务器环境上。如此以来，Orleans能帮助那些只有单服务器应用开发经验的开发者，过渡到构建弹性的、可伸缩的云服务和其他分布式应用上。因此，Orleans通常被称为“分布式的.NET”。
该框架由Microsoft Research创建，引进了Virtual Actor Model这一用于构建云时代的新一代分布式系统的新颖方法。Orleans的核心贡献在于它的编程模型，该模型驯服了高度并行的分布式系统固有的复杂性，且不会限制应用的能力，不会对开发者施加繁重的约束（对开发者的要求也没那么高）。

颗粒（Grains）

所有Orleans应用的基本构建模块被称为颗粒（Grain）。Grain即由用户自定义标识（user-defined identity）、行为（behaviour）和状态（state）组成的实体。Grain标识是用户定义的key，使Grain始终处于可调用的状态。Grain可以被其他Grain或外部客户端（如web前端）通过强类型的接口（协议）来调用。每个Grain都是实现了一个或多个这些接口的类的实例。
Grain可以在任何存储系统中，存储其易变性（volatile）和/或持久性（persistent）的状态。如此，Grain隐式地对应用的状态进行了分区，从而实现了自动伸缩，并简化了从故障中恢复的过程。当Grain处于active状态时，其状态会保存在内存中，从而降低获取的延时，并减少数据存储负载。

Orleans运行时（Orleans Runtime）会根据需要自动实例化Grain。一段时间没有被使用的Grain会被自动从内存中移除以释放资源。得益于无论当前Grain是否被加载到了内存里，Orleans都允许通过Grain标识去调用Grain。这个机制也支持故障自动恢复，因为无论何时，调用方不必知道Grain有没有实例化，在哪个服务器上做的实例化。Grain的生命周期由Orleans运行时托管，Orleans运行时负责activating/deactivating这些Grain，并根据需要放置（placing）/定位（locating）这些Grain。允许开发者在写代码时就认为所有Grain一直都在内存里。
总而言之，Grain的以下特性保证了Orleans框架开发的应用具有可伸缩性，可靠性以及较高的性能，同时也不需要开发者为了系统支持分布式而编写复杂的代码：

稳定的标识；
有状态；
生命周期被托管。

示例：物联网云后端

考虑实现一个物联网系统的云后端。该程序需要处理从设备传过来的数据，进行过滤、聚合、汇总等，还需要支持向设备发送命令。在Orleans框架下，可以很自然地用Grain对每个物联网设备进行建模，Grain与它对应的物联网设备就像数字孪生兄弟（digital twin）一样。Grain会将相应设备的最新数据存放在内存中，便于快速查询和处理这些数据，而无需直接与物联网设备进行通信。通过观察和分析设备的时序数据流，Grain可以通过检测设备状态或条件的变化（如测量值超过某个阈值）来触发某个特定的动作。
这就对恒温器建立一个简单的模型：

public interface IThermostat : IGrainWithStringKey
{
  Task<List<Command>> OnUpdate(ThermostatStatus update);
}

可通过调用OnUpdate方法，将来自Web前端的恒温器触发的事件发送给相应的Grain，Grain可以生成一组命令，并可以将命令反馈给相应的物理设备：

var thermostat = client.GetGrain<IThermostat>(id);
return await thermostat.OnUpdate(update);

相同的恒温器Grain可以实现另外一个单独的接口，用于和控制系统进行交互：

public interface IThermostatControl : IGrainWithStringKey
{
  Task<ThermostatStatus> GetStatus();
  Task UpdateConfiguration(ThermostatConfiguration config);
}

用一个类来实现IThermostat和IThermostatControl这两个接口：

public class ThermostatGrain : Grain, IThermostat, IThermostatControl
{
  private ThermostatStatus _status;
  private List<Command> _commands;
  public Task<List<Command>> OnUpdate(ThermostatStatus status)
  {
    _status = status;
    var result = _commands;
    _commands = new List<Command>();
    return Task.FromResult(result);
  }
  public Task<ThermostatStatus> GetStatus() => Task.FromResult(_status);
  public Task UpdateConfiguration(ThermostatConfiguration config)
  {
    _commands.Add(new ConfigUpdateCommand(config));
    return Task.CompletedTask;
  }
}

在这个例子中，Grain类没有保存状态。关于更详细的状态持久化的例子，可以看这篇文档。

Orleans运行时（Orleans Runtime）

Orleans运行时为应用开发实现了Orleas程序的编程模型。运行时的主要组件为筒仓（Silo），是托管Grain的仓储。通常，一组筒仓以集群的方式运行，以实现可伸缩性和容错机制。作为集群运行时，筒仓之间彼此协调分配工作，检测并从故障中恢复。Orleans运行时能使在集群中托管的Grain能够像在同一个单一进程中一样彼此相互通信。
除了核心编程模型之外，筒仓还为Grain提供一组运行时服务，如计时器、提醒器（持久化的计时器）、持久化、事务、流等。详情见下面的功能小节。
Web前端及其他外部客户端通过客户端类库调用集群中的Grain，客户端类库自动管理网络通信。更简单的方式是，客户端和筒仓被托管到同一个进程中去。
Orleans兼容.NET Standard 2.0及以上版本。能够在装有.NET Framework（仅支持Windows）或.NET Core的Windows、Linux和macOS上运行。

功能

持久化（Persistence）

Orleans提供了一个简单的持久化模型。该模型可以确保在处理请求之前，Grain是可用的状态，并能维护不同请求处理过程中使用的相同标识的Grain一致性。Grain可以拥有多个已命名的持久化数据对象，例如，一个保存了用户档案的对象被命名为“profile”，另一个保存了库存清单的对象名为“inventory”。状态可以存储在任何存储系统中，即用户档案和库存清单可以被存储在不同的数据库中。当Grain在运行状态中（应该是说activating时，原文写的是running）时，状态是保持在内存中的，所以处理读取请求时无需访问存储。当Grain的状态需要更新时，调用state.WriteStateAsync()就可以确保其背后的存储可以得到更新，以此实现持久化和一致性。详情见Grain持久化文档。

分布式ACID事务（Distributed ACID Transactions）

除上述简单的持久化模型外，Grain还支持事务性状态（transactional state）。多个Grain，无论它们的状态实际上存储在哪里，都可以参与到同一个ACID事务中。Orleans的事务是分布式的，去中心化的（即不存在中心化的事务管理器或事务协调器），且支持串行化隔离（serializable isolation）#Isolation_levels)*。关于Orleans事务的详情，见这个文档和这篇论文。

*：数据库一共定义了四种隔离级别，其中串行化隔离是隔离级别最高的，可避免脏读、不可重复读、虚读等情况。

流（Stream）

流可帮助开发者近乎实时地去处理连续的数据。在Orleans中，流是被托管的：Grain或客户端在发布或订阅流之前，无需创建或注册流。这就使得流的生产者、消费者以及代码的基础设施层三者之间耦合度很低。流处理是可靠的：Grain可以存储检查点（checkpoint）（游标），可以在激活期间或之后的任何时间被重置到某个存储过的检查点。流支持向消费者传输批量消息，可以提高传输效率和恢复能力。流处理机制由Azure Event Hubs、Amazon Kinesis或其他类型的队列服务（queueing service）作为制成。任意多个流可以多路复用到数量较少的队列上，并在整个集群中均衡地处理这些数据。

定时器 & 提醒器（Timers & Reminders）

提醒器是Grain的一种持久调度机制（durable scheduling mechanism）。通过使用提醒器，我们可以保证未来能够完成一些操作，哪怕此时此刻Grain还没有被激活。定时器是不被持久化的提醒器，可被用于处理对可靠性要求不高的、频繁出现的事件。详情见调度机制文档。

灵活的Grain放置（Flexible Grain Placement）

当Orleans激活一个Grain时，运行时会决定在哪个服务器（筒仓）上进行激活。这个过程叫做Grain放置。Orleans的放置机制是完全可配置的：开发者可以直接从一组开箱即用的放置策略中选择一种策略，如随机、本地优先、基于负载，也可以配置自定义逻辑。这就使得Grain的放置非常具有灵活性。例如，Grain可以被放置在距离它所操作的资源较近的服务器上，或者它需要进行通讯的其他Grain的服务器上。详情见Grain放置文档。

Grain版本控制 & 异构集群（Grain Versioning & Heterogeneous Cluster）

应用的代码终究会随着时间和业务升级而更新变化，如何将这些变化安全又快捷地升级到生产系统，是一项很大的挑战，特别是在有状态的系统中。在Orleans中，Grain接口支持版本控制。集群会维护一张映射表，记录了哪些Grain的实现对于哪些筒仓是可用的，以及这些实现的版本信息。Orleans运行时会根据这个版本信息与Grain放置策略，结合二者，在路由调用Grain时，做出合适的放置决策。除了支持Grain版本控制，Orleans还支持异构集群。不同的筒仓可以用不同的Grain实现集。详情见Grain版本控制文档。

弹性伸缩 & 容错（Elastic Scalability & Fault Tolerance）

Orleans在设计时就已充分考虑可伸缩性。当有一个新的筒仓加入集群时，Orleans会根据需要去激活它。当某个筒仓由于某个原因（系统规模缩减或节点故障）而需要从集群中移除时，当前筒仓上的Grain会在集群的其他筒仓上被按需重新激活。一个Orleans集群的规模可以被缩小到只有一个单一的筒仓。Orleans支持可伸缩性的同时，也支持容错性：Orleans集群会自动检测各个筒仓是否发生了故障，并让它们快速从故障中恢复。

跨平台运行（Run Anywhere）

Orleans可以运行在任何支持.NET Core或.NET Framework的系统上，包括Windows、Linux、macOS，并支持部署到K8s、虚拟或物理主机，本地或云端，以及PaaS服务如Azure Cloud服务。

无状态Worker（Stateless Workers）

无状态Worker是一种被特殊标记的Grain，这些Grain没有任何关联状态，可以同时被多个筒仓激活。这样就可以提高无状态函数（stateless function）的并行性。详情见无状态Worker颗粒文档。

Grain调用过滤器（Grain Call Filters）

Grain调用过滤器是指多个Grain共同拥有的逻辑。Orleans支持传入和传出调用过滤器。常用的过滤器例子有：授权，日志，遥测，错误处理，等等。

（实际上就是AOP。）

请求上下文（Request Context）

元数据和其他信息可以使用请求上下文在一系列的请求中传递。请求上下文可被用来托管分布式跟踪信息或任何用户定义的值。

开始吧

从入门教程开始。

构建项目

Windows上，运行build.cmd脚本在本地编译NuGet包，然后从/Artifacts/Release/*引用NuGet包。可以运行Test.cmd来执行所有BVT（版本验证测试）测试用例，运行TestAll.cmd来执行所有功能性测试。
Linux和macOS上，运行build.sh脚本或dotnet build ./OrleansCrossPlatform.sln来构建Orleans。

官方编译

最近的稳定的、生产环境适用的版本在这里。
Nightly版本发布在https://dotnet.myget.org/gallery/orleans-ci。这些版本可以通过所有功能性测试，但是没有像稳定版或在NuGet上预发行的版本那么经过充分测试。

在项目中使用nightly构建包

如果要使用nightly构建包，用任意一种方法添加MyGet源：

在.csproj文件中添加这一段：

<RestoreSources>
 $(RestoreSources);
 https://dotnet.myget.org/F/orleans-ci/api/v3/index.json;
</RestoreSources>

在解决方案目录下新建一个名为NuGet.config的文件，内容如下：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<configuration>
<packageSources>
<clear />
<add key="orleans-ci" value="https://dotnet.myget.org/F/orleans-ci/api/v3/index.json" />
<add key="nuget" value="https://api.nuget.org/v3/index.json" />
</packageSources>
</configuration>

社区

通过在GtiHub上开一个新issue或在Stack Overflow上开一个新问题来提问。
在Gitter上聊天。
Orleans博客。
关注推特@msftorleans。
GitHub上的Orleans社区贡献页面，上面有很多社区项目，如监视器、设计模式、存储提供器等等。
Orleans代码贡献规范。
License
MIT License

Orleans官方文档翻译

概览 - Overview