actor模型的設(shè)計原理和使用

一、多核并發(fā)編程方式

（1）多線程。

在一個進程中開啟多線程，為了充分利用多核，一般設(shè)置工作線程的個數(shù)為 cpu 的核心數(shù)。memcached 就是采用這種方式。

多線程在一個進程當中，所以數(shù)據(jù)共享來自進程當中的虛擬內(nèi)存；這里會涉及到很多臨界資源的訪問，所以需要考慮加鎖。

（2）多進程。

在一臺機器當中，開啟多個進程充分利用多核，一般設(shè)置工作進程的個數(shù)為 cpu 的核心數(shù)。nginx 就是采用這種方式，nginx 當中的 worker 進程，通過共享內(nèi)存來進行共享數(shù)據(jù)；也需要考慮使用鎖。

（3）CSP。

以 go 語言為代表，并發(fā)實體是協(xié)程（用戶態(tài)線程、輕量級線程）；內(nèi)部也是采用多少個核心開啟多少個線程來充分利用多核。

（4）Actor。

erlang 從語言層面支持 actor 并發(fā)模型，并發(fā)實體是 actor（在skynet 中稱之為服務(wù)）；skynet 采用 c + lua來實現(xiàn) actor 并發(fā)模型；底層也是通過采用多少個核心開啟多少個內(nèi)核線程來充分利用多核。

二、skynet

2.1、skynet簡介

它是一個輕量級游戲服務(wù)器框架，但也不僅僅用于游戲。

輕量級體現(xiàn)在：

1. 實現(xiàn)了 actor 模型，以及相關(guān)的腳手架（工具集）：actor 間數(shù)據(jù)共享機制以及c 服務(wù)擴展機制。
2. 實現(xiàn)了服務(wù)器框架的基礎(chǔ)組件。實現(xiàn)了 reactor 并發(fā)網(wǎng)絡(luò)庫；并提供了大量連接的接入方案；基于自身網(wǎng)絡(luò)庫，實現(xiàn)了常用的數(shù)據(jù)庫驅(qū)動（異步連接方案），并融合了 lua 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；實現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)服務(wù)；時間輪用于處理定時消息。

skynet抽象了actor并發(fā)模型，用戶層抽象進程；sknet通過消息的方式共享內(nèi)存；通過消息驅(qū)動actor運行。

skynet的actor模型使用lua虛擬，lua虛擬機非常?。ㄖ挥袔资甼b），代價不高；每個actor對應(yīng)一個lua虛擬機；系統(tǒng)中不能啟動過多的進程就是因為資源受限，lua虛擬機占用的資源很少，可以開啟很多個，這就能抽象出很多個用戶層的進程。lua虛擬機可以共享一些數(shù)據(jù)，比如常量，達到資源復(fù)用。

抽象進程而不抽象線程的原因在于進程有獨立的工作空間，隔離的運行環(huán)境。

sknet的所有actor都是對等的，通過公平調(diào)度實現(xiàn)。

2.2、環(huán)境準備

ubuntu：

centos：

mac：

2.3、編譯安裝

2.4、Actor 模型

有消息的 actor 為活躍的 actor，沒有消息為非活躍的 actor。

定義：

1. 用于并行計算；
2. Actor 是最基本的計算單元；
3. 基于消息計算；
4. Actor 通過消息進行溝通。

組成：

1. 隔離的環(huán)境。主要通過 lua 虛擬機來實現(xiàn)。
2. 消息隊列。用來存放有序（先后到達）的消息。
3. 回調(diào)函數(shù)。用來運行 Actor；從 Actor 的消息隊列中取出消息，并作為該回調(diào)函數(shù)的參數(shù)來運行 Actor。

2.5、消息隊列

Actor 模型基于消息計算，在 skynet 框架中，消息包含 Actor（之間）消息、網(wǎng)絡(luò)消息以及定時消息。

生產(chǎn)者生產(chǎn)消息，消息放入消息隊列中，由線程池去消費消息。

2.6、actor公平調(diào)度

所有的actor都是對等的，每個actor都有自己的消息隊列；skynet的并發(fā)實體是actor，因此需要公平的調(diào)度actor。

skynet會有非常的actor，公平調(diào)度就非常重要；采用兩級隊列。

首先，查找活躍的消息隊列（有消息的消息隊列）；

然后，通過隊列組織所有活躍的消息隊列；

最后，調(diào)度隊列。

線程池從一級隊列取出一個消息，消費消息，消費完消息后如果還有消息，則添加到一級隊列的末尾。因為用戶問題造成消息不均勻，在應(yīng)用上不一定公平；skynet在工作線程賦予權(quán)重來解決這個問題。

當工作線程的權(quán)重為 -1 時，該工作線程每次只 pop 一條消息；當工作線程的權(quán)重為 0 時，該工作線程每次消費完所有的消息；當工作線程的權(quán)重為 1 時，每次消費消息隊列中二分之一的消息；當工作線程的權(quán)重為 2 時，每次消費消息隊列中四分之一 的消息；以此類推；通過這種方式，完成消息隊列梯度消費，從而不至于讓某些隊列過長。

三、skynet的使用

github 上打開 skynet 點擊 wiki 里面有所有函數(shù)的詳細說明。

3.1、第一個skynet程序

（1）在sknet源碼的父目錄下創(chuàng)建一個config文件，用于定制skynet的行為。 內(nèi)容可參考如下：

參數(shù)說明：

（2）在app文件下面創(chuàng)建main.lua。每次啟動時都是從skynet.start(…)中運行，相當于入口函數(shù)。

（3）編寫一個自己項目的makefile。首先編譯skynet的源碼，如果有自己的c代碼直接加入makefile文件。

（4）編譯，執(zhí)行自己的makefile。

（5）執(zhí)行skynet，指定config。

可以看到打印了hello skynet。

3.2、skynet網(wǎng)絡(luò)消息

skynet 當中采用一個 socket 線程來處理網(wǎng)絡(luò)信息；skynet 基于 reactor 網(wǎng)絡(luò)模型。

網(wǎng)絡(luò)消息驅(qū)動actor運行。需要skynet.socket模塊。

首先綁定一個監(jiān)聽 listenfd，然后調(diào)用socket.start(listenfd, function)綁定fd到進程函數(shù)function中處理。

示例：

main.lua

3.3、skynet定時消息

定時任務(wù)推送給定時線程，定時線程檢測完時間后往消息隊列推送一個消息，然后actor開始執(zhí)行callback函數(shù)。

使用示例： main.lua

3.4、skynet actor間消息

所有的服務(wù)都是通過消息來交換數(shù)據(jù)。actor間消息通信通過將消息放到對方的消息隊列實現(xiàn)。

示例，創(chuàng)建兩個lua文件。

main發(fā)送“ping”給slave，協(xié)程掛起；slave回復(fù)“pong”給main，協(xié)程喚醒。整個過程使用協(xié)程實現(xiàn)異步操作，消除異步中的回調(diào)。

main.lua

slave.lua

執(zhí)行效果：

四、vscode調(diào)試skynet

首先要知道整個系統(tǒng)/框架 是怎么應(yīng)用的。skynet會自己產(chǎn)生一個skynet執(zhí)行程序，需要指定配置文件來啟動服務(wù)。

項目下的.vscode文件夾需要如下三個文件。

launch.json

settings.json

tasks.json

實現(xiàn)這三個文件就可以開始調(diào)試了。

skynet是一個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，需要處理網(wǎng)絡(luò)連接，需要知道數(shù)據(jù)是怎么流向，理解框架的運行機制（多線程并發(fā)）；所有的actor的運行都是由線程池來驅(qū)動，actor的運行又是由消息隊列的消息驅(qū)動（網(wǎng)絡(luò)消息、定時消息、actor間消息）。

線程池從消息隊列中取出消息，找到回調(diào)函數(shù)，驅(qū)動actor運行。

總結(jié)

不要通過共享內(nèi)存來通信，而應(yīng)該通過通信來共享內(nèi)存。CSP 和 Actor 都符合這一哲學；通過通信來共享數(shù)據(jù)，其實是一種解耦合的過程。并lua發(fā)實體之間可以分別開發(fā)并單獨優(yōu)化，而它們唯一的耦合在于消息；這能讓我們快速地進行開發(fā)；同時也符合我們開發(fā)的思路，將一個大的問題拆分成若干個小問題。

actor模型是在用戶層抽象了進程。

actor調(diào)度：將活躍的 actor 通過全局隊列組織起來；actor 當中的消息隊列有消息就是活躍的 actor； 線程池去全局隊列中取出 actor 的消息隊列，接著運行actor。