java编程的actor模式如何实现？

java编程的actor模式如何实现？

Actor模型是一种常见的并发模型，它与常见的共享内存（同步锁）模型不同，它将程序分为许多独立的计算单元——Actor，每个Actor独立管理自己的资源，不同Actor之间通过消息传递来交互。它的优势在于全异步执行，避免线程阻塞，提升CPU使用率，同时异步交互也不需要考虑加锁和线程同步的问题。

Actor模型在业界有许多应用，如游戏服务器框架Skynet、编程语言Erlang等。然而，由于历史原因，在Java下的应用相对较少，知名项目为基于Scala的Akka。尽管Actor模型不是万能的，但异步编程会需要编写更多的回调代码，原本的一步需要拆分成若干步来处理，这无疑增加了代码编写复杂度。

本文旨在学习和研究，使用Java实现一个简单Actor模型，其功能模仿Skynet，支持的功能包括创建Actor、发送消息、休眠Actor以及网络通信等。

Actor是Actor模型中的核心概念，每个Actor独立管理自己的资源，并通过Message与其他Actor之间通信。每个Actor由单线程驱动，相当于Skynet中的服务，不断从mailbox（使用无界阻塞的LinkedBlockingQueue）中获取尚未处理的Message。

Actor类是抽象类，处理消息的handleMessage方法为抽象方法，需要每个具体类来重载实现。Node代表节点，与Skynet中节点意义相同，它是一个独立的Java进程，有自己的IP和端口，Node之间通过异步的网络通信发送和接收消息。一个Node中可以运行多个Actor，一个Actor仅可与一个Node绑定。

ActorSystem是Actor的管理系统，也是外部调用API的主要入口，提供主要功能：创建Actor、发送消息、休眠Actor以及网络通信等。初始化ActorSystem分为以下三步：调用conf方法读取集群配置，包括每个Node的name和address；调用bindNode方法绑定当前Node；调用start方法初始化自身，包括对定时器的初始化和Netty服务端的初始化。

创建Actor调用newActor方法，指定要创建的Actor具体类和Actor name，Actor name需Node内部唯一。创建Actor时，先绑定当前Node，调用Actor的start方法初始化，然后将name与Actor的映射关系加入到actors中。

发送消息的核心是send方法，指定目标Node name、目标Actor name、命令名和参数后发送消息，也可以把这些信息封装在Message中发出。消息的来源Node和来源Actor保存在一个ThreadLocal变量currThreadActor中，它在Actor创建时，将Actor线程与Actor绑定在一起，使得在调用send方法发送消息时，无需再显式指定来源Node和来源Actor。

当消息的目标Node与来源Node相同，直接找到对应的Actor添加消息；否则，需要通过网络通信。网络通信实际上是一个简单的RPC通信，此处使用了Netty的ObjectEncoder和ObjectDecoder进行消息的序列化和反序列化。

休眠Actor调用sleep方法实现，它制定了需要休眠的毫秒数，休眠完后回调的命令及参数。这里的sleep方法底层通过定时任务实现，添加一个TimerTask封装过期时间和回调命令及参数，待任务到期后将命令封装成Message发送给当前Actor自身。

定时器在Timer类中实现，它在start方法中启动一个线程不断轮询处理定时任务，并提供addTimeTask方法添加新的定时任务。Timer使用优先级队列作为存储定时任务的数据结构，插入任务时能达到O(logN)的时间复杂度。为性能考虑，Timer主线程非采用每隔一小段时间不断轮询的方式，而是在当前没有任务需要执行时保持阻塞。

示例程序放在test包下面，涉及的类说明如下：运行时，先启动NodeB，再启动NodeA，NodeA下面会打印带时间戳的信息，而NodeB下面会打印另外一系列信息，从日志可以看出程序确实以期望的方式运行。

总结，本文详细介绍了使用Java实现一个简单Actor模型的完整流程。尽管本文只实现了基础功能，但目的是为了深入掌握Actor模型的核心概念，作为演示和研究的用途。对于并发模型来说，原理才是主要的、相通的，语言只不过是实现的工具。相信本文也能帮助读者对Actor模型有更深入的了解。2024-08-25