Akka框架简介

Akka是JAVA虚拟机平台上构建高并发、分布式和容错应用的工具包和运行。Akka用Scala语言编写，同时提供了Scala和Java的开发接口。Akka处理并发的方法基于Actor模型，Actor之间通信的唯一机制就是消息传递。

Akka特点：

对并发模型进行了更高的抽象

是异步、非阻塞、高性能的事件驱动编程模型

是轻量级事件处理（1GB内存可容纳百万级别个Actor）

它提供了一种称为Actor的并发模型，其粒度比线程更小，你可以在系统中启用大量的Actor。

它提供了一套容错机制，允许在Actor出现异常时进行一些恢复或重置操作。

Akka既可以在单机上构建高并发程序，也可以在网络中构建分布式程序，并提供位置透明的Actor定位服务。

maven依赖：

        <dependency>
            <groupId>com.typesafe.akka</groupId>
            <artifactId>akka-agent_2.12</artifactId>
            <version>2.5.13</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.typesafe.akka</groupId>
            <artifactId>akka-actor_2.12</artifactId>
            <version>2.5.13</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.typesafe.akka</groupId>
            <artifactId>akka-remote_2.12</artifactId>
            <version>2.5.13</version>
        </dependency>

Actor模型

在并发程序中线程是并发程序的基本执行单元，但在Akka中执行单元是Actor。传统并发程序是基于面向对象的方法，通过对象的方法调用进行信息传递，如果对象的方法修改对象本身的状态，在多线程下就可能出现对象状态的不一致，此时就必须对方法调用进行同步，而同步操作会牺牲性能。

在Actor模型中并不是通过Actor对象的某个方法来告诉Actor需要做什么，而是给Actor发送一条消息。当一个Actor收到消息后，它有可能根据消息的内容做出某些行为，如更改自身状态，此时这个状态的更改是Actor自身进行的，并非由外界干预进行的。

Greeter定义

HelloWorld定义

sample.conf

main方法

运行结果

第一行打印了HelloWorld Actor的路径，它是系统内第一个被创建的Actor。路径为：akka://hello/user/helloworld。第一个hello表示ActorSystem的系统名称，即构造时第一个入参。user表示用户Actor，所有的用户Actor都会挂载在user路径下。最后helloworld是这个Actor的名字。

第二行打印了Greeter Actor的路径，三、四行为Greeter中输出的信息。第五行表示系统遇到了一条消息投递失败，原因是HelloWorld将自身停止了，导致Greeter发送的信息无法成功投递。

当使用Actor进行并发开发时，关注点已经不在线程上了，线程调度已经被Akka框架进行封装，只需关注Actor对象即可。Actor对象之间的通过显示的消息发送来传递信息。

当系统内有多个Actor时，Akka会自动在线程池中选择线程来执行我们的Actor，不同的Actor可能会被同一个线程执行或者一个Actor可能被不同的线程执行。

注意：不要在一个Actor中执行耗时的代码，这样可能会导致其他Actor的调度出现问题。

消息投递

Akka应用是由消息驱动的，消息是除Actor之外最重要的核心组件。在Actor之间传递的消息应该满足不变性，即不变模式，可变的消息无法高效的在并发环境中使用。在Akka中推荐使用不可变对象。在代码中可以使用final字段声明，在消息构造完成后，就不能再发生改变了。

消息投递策略：

至多一次投递：此策略中每一条消息最多会被投递一次，可能会偶尔出现投递失败的情况，从而导致消息丢失。此策略高性能。

至少一次投递：此策略中每一条消息至少会被投递一次，直至成功。在一些偶然的情况，接收者可能会收到重复消息，但消息不会丢失。此策略需要保存消息投递的状态并不断重试。

精确投递：所有消息保证被精确的投递并成功接收一次，既不会丢失也不会重复。此策略成本最高且不易实现。

关于消息的可靠性：没有必要在Akka层保证消息的可靠性，这样做成本太高且无必要。消息可靠性应该在应用的业务层进行保证，有时丢失一些消息是符合应用要求的。

消息投递的顺序性：Akka可以保证在一定程度上的投递顺序性。如Actor A1向A2顺序发送了M1、M2、M3三条消息，Actor A3想A2顺序发送了M4、M5、M6三条消息，则系统可以保证：

如果M1无丢失，它一定先于M2、M3被A2收到。

如果M2无丢失，它一定先于M3被A2收到。

如果M4无丢失，它一定先于M5、M6被A2收到。

如果M5无丢失，它一定先于M6被A2收到。

对于A2来说，来自A1向A3的消息并没有顺序性保证。

另外这种消息投递规则不具备可传递性，如下图：

C收到M1和M2的顺序是没有保证的

—参考文献《实战Java高并发程序设计》

一、背景

大型服务系统由于业务或功能的复杂性，为了维护和升级的便利，往往在架构上按对系统进行拆分，按不同功能拆分成不同的子服务，并进行分布式的部署。但在我们的实践中，对于服务间调用的容错、扩展性、并发性能等问题还需要做严谨的考虑或设计，而由于各种各样的原因工程师们的设计往往有所欠缺。<br />     对于多线程编程，经常会出现的缺点：线程维护困难、子线程出错后难以恢复、线程阻塞时浪费时间和资源；另外对于密集的计算任务，我们的系统需要达到很高的并发性能，单机系统资源无法满足计算需求，而类似java的fork/join框架又很难在分布式环境下简易地对并发计算进行架构设计。<br />     而akka框架非常适合解决上述问题。akka框架是一款高性能、高容错性的分布式并发应用框架。akka底层采用scala语言实现，并基于actor并发模型，天然拥有异步、分布式能力，且具有很好的并发性能和容错机制。

二、akka特点

akka典型的特点：

1. 并发模型：基于actor模型，对并发进行高层次的抽象；
2. 异步能力：基于actor模型进行通信，天然具有异步非阻塞的特点；
3. 高容错性：通过父子actor监督机制进行容错处理，为akka分布式模型提供高容错特性；
4. 轻量级: 每个actor只占300bytes左右的内存，1G内存即可容纳百万级数量的actor；
5. 位置透明：akka对actor地址进行了抽象、屏蔽了本地地址和远程地址的差异，对开发者透明
6. 持久化：actor状态或消息可以被持久化，在jvm宕机后actor可以恢复；

三、akka的actor模型

actor模型是对并发模型的高层次抽象，从底层屏蔽了线程、锁机制的管理，为应用开发提供了简单易用的高层次api。

actor模型.png

actor模型的几个特征：

1. 程序的计算都在actor中进行。actor实例是程序的最小运算单元；
2. actor之间只能通过消息进行通信。消息是异步传递的，每个actor都有一个邮箱，该邮箱接收其它actor发送的消息，actor实例从邮箱中取出消息进行处理。actor实例内部一次只能同步处理一个消息，因此可以安全的进行状态处理不用进行程序加锁。由于对消息的处理是异步的，所以发送完消息后可以立即返回进行下一步处理（当然也可以等待处理完成）。
3. actor可以响应其它actor发送的消息，并可以更改本身的状态或行为、发送消息给其它actor、创建子actor、对其它actor进行监督

四、akka架构体系

在akka中，整个actor体系被抽象成一个公共的actor系统，即ActorSystem，ActorSystem是一个层级结构，通过"父监督"模式和DeathWatch模式限定了actor的管理策略。<br />     akka还提供了诸多的配套组件，例如网络服务、持久化等。

ActorSystem

actor组件

akka中actor组件具有几个特征：

• actor引用（Actor Reference）
  akka不能通过new的方式创建引用。代替new的方式是，通过actorOf(创建actor)或actorSelection(查找actor)等方式返回Actor对象引用。对开发者而言，actor位置透明（可能存在于本地或远程）。
• 状态（State）
  actor在不同时刻的状态通常用变量来标识。akka在底层为每个actor抽象一个轻量级的执行“线程”，实现了对状态的隔离。
• 行为（Behavior）
  actor在接受到消息后可以对消息进行处理，或者转发给其它actor处理。
• 监督策略 （Supervisor Strategy）
  actorSystem是一个层级结构，父actor对子actor具有监管的能力，可以针对子actor的异常进行：恢复、重启、停止、失败上溯等处理方案，另外提供了One-For-One（默认，只对异常的子actor进行处理）和All-For-One（对所有子actor进行处理）两种监督策略。

邮箱

每个actor都拥有自己的邮箱，所有接受的消息会先进入邮箱，actor从邮箱中取出消息进行处理。akka自带多种邮箱类型，并提供RequiresMessageQueue接口供开发者自定义特定类型的邮箱。

路由

actor消息也可以通过路由进行发送，路由可以是一个Router对象，也可以是一个自包含的actor：管理者所有的Routee（路由目标）。开发者可以根据需要选择不同的路由类型，如：轮询、随机、广播等。

网络服务

提供远程actor和分布式集群的基础能力，包含I/O、网络通信、序列化配置、gossip通信协议、节点管理、集群分片等

http、websocket模块

akka提供了处理 http、websocket协议的基础模块，可以在此基础上进行开发。

持久化

akka提供actor的状态持久化方案，在程序出错、宕机等场景下进行恢复。

五、总结

akka具有异步、分布式、高容错等特性，适合作为分布式应用的基础开发框架，比如，目前比较火的流计算引擎flink也采用akka作为分布式通信框架。开发者也可以用akka打造自己分布式应用服务！