石家庄视频网站建设公司,成都网站推广排名,济南物流行业网站建设工具,wap网站生成系统一、Actor模型工作原理 Actor模型是一种并发编程模型#xff0c;它基于消息传递实现#xff0c;是一种轻量级的并发模型。在Actor模型中#xff0c;每个Actor都是一个独立的执行单元#xff0c;它可以接收和发送消息#xff0c;并且可以执行一些本地操作#xff0c;但是不…一、Actor模型工作原理 Actor模型是一种并发编程模型它基于消息传递实现是一种轻量级的并发模型。在Actor模型中每个Actor都是一个独立的执行单元它可以接收和发送消息并且可以执行一些本地操作但是不能直接访问其他Actor的状态。
Actor模型的基本工作原理如下 1.每个Actor都有一个唯一的标识符它可以接收和发送消息。 2.Actor之间通过消息传递进行通信每个Actor都有一个消息队列用于存储接收到的消息。 3.Actor可以执行一些本地操作但是不能直接访问其他Actor的状态。如果它想要访问其他Actor的状态它必须通过发送消息的方式向其他Actor请求数据。 4.当一个Actor接收到一条消息时它会根据消息处理逻辑执行相应的操作并且可以向其他Actor发送消息。 5.Actor之间的通信是异步的也就是说发送消息的Actor不需要等待接收消息的Actor处理完消息才能继续执行。 6.在Actor模型中所有的操作都是基于消息传递实现的这种方式可以避免竞态条件和死锁等并发问题。 总的来说Actor模型通过将并发问题分解成多个独立的执行单元实现了一种非常灵活和高效的并发编程模型。它可以避免一些常见的并发问题例如竞态条件和死锁并且可以很好地应对分布式系统中的并发问题。
二、Orleans简介 Orleans是微软开源的分布式基于Actor的模型框架。 Orleans 是一个跨平台框架用于构建可靠且可缩放的分布式应用程序。 分布式应用程序定义为跨多个进程的应用通常使用对等通信来超越硬件边界。 Orleans 从单个本地服务器扩展到了云中成百上千的分布式、高度可用的应用程序。 Orleans 将熟悉的概念和 C# 习语扩展到了多服务器环境。 Orleans 在设计上可弹性缩放。 当主机加入群集时它可以接受新的激活。 当主机因纵向缩减或计算机故障而退出群集时该主机上的先前激活将根据需要在其余主机上重新激活。 Orleans 群集可以纵向缩减为单个主机。 用于启用弹性缩放的相同属性也会启用容错。 群集可自动检测故障并快速从故障中恢复。 Orleans 的主要设计目标之一是通过提供一组通用模式和 API 来简化分布式应用程序开发的复杂性。 熟悉单一服务器应用程序开发的开发人员可以轻松地改为使用 Orleans 构建可复原、可缩放的云原生服务和其他分布式应用程序。 因此Orleans 经常被称为“分布式 .NET”并且是用于构建云原生应用的首选框架。 在现在的计算机环境下多线程编程是不可避免的。多线程带来的很多好处也带来的很多编程上的弊端。如在多线程环境下如何保持操作数据的原子性就成了一个问题。 Orleans采用的办法就是利用Actor模型原理设计一个类保证这个类从“创建”过程到“销毁”过程以及“中途调用它的方法”的执行过程这三个“过程”不管何时何地调用都会在同一个线程中运行。这样的话我就可以放心大胆的去修改调用这个类的方法而不用担心这个指向这个类的变量出现“脏读”的情况。 Orleans模型里每一个Actor有专门的类代表它叫做Grain这个grain类就是模拟通信场景中的”人”。
1、什么是Grain Grain 是多个 Orleans 基元中的一个。 就执行组件模型而言grain 是一个虚拟执行组件。 任何 Orleans 应用程序中的基本构建块都是一个 grain。 grain 是由用户定义的标识、行为和状态组成的实体。 考虑 grain 的以下视觉表示形式 grain 标识是用户定义的键有多种类型可用使 grain 始终可供调用。grain 能够包含可存储在任何存储系统中的易失性或持久性状态数据。 因此grain 隐式将应用程序状态分区实现自动可伸缩性并简化从故障中恢复的过程。 当 grain 处于活动状态时grain 状态将保存在内存中从而降低延迟并减轻数据存储的负载。 Grain 的实例化由 Orleans 运行时按需自动执行。 有一段时间未使用的 grain 会自动从内存中删除以释放资源。 之所以能够做到这一点是因为 grain 具有稳定的标识无论它们是否已加载到内存中都可以调用它们。 这样还能以透明方式从故障中恢复因为调用方在任何时间点都不需要知道在哪个服务器上实例化了 grain。 Grain 具有受管理的生命周期Orleans 运行时负责按需激活/取消激活和放置/定位 grain。 这样开发人员就可以按照所有 grain 都在内存中的情况那样编写代码。 Orleans为了解决多线程带来的“资源竞争”等问题在Orleans框架内它保证每个grain类符合以下行为规范 A 发往同一个grain类实例的任何消息都会在固定线程内执行。 B grain类按照接受消息的先后依次处理消息。在任意时间点一个grain实例只处理一个消息。 C grain实例内的字段属性只能由实例本身访问。外界不能访问。 2、什么是Silo silo 是 Orleans 基元的另一个示例。 silo 承载一个或多个 grain。 Orleans 运行时实现应用程序的编程模型。 通常一组 silo 作为一个群集运行以实现可伸缩性和容错。 作为群集运行时silo 会相互协调以分配工作并检测故障以及从故障中恢复。 运行时使承载在群集中的 grain 能够相互通信就如同它们在单个进程中一样。 下图可视化了群集、silo 和 grain 之间的关系 上图显示了群集、silo 和 grain 之间的关系。 可以组建任意数量的群集每个群集包含一个或多个 silo而每个 silo 包含一个或多个 grain。
除了核心编程模型以外silo 还为 grain 提供一组运行时服务例如计时器、提醒持久计时器、持久性、事务、流等。
3、可以用Orleans做什么 Orleans 是用于构建云原生应用的框架每当你构建最终需要缩放的 .NET 应用时请考虑使用 Orleans。 Orleans 的用途看似数不胜数但下面是一些最常见的用途游戏、银行、聊天应用、GPS 跟踪、股票交易、购物车、投票应用等。 Microsoft 在 Azure、Xbox、Skype、Halo、PlayFab、Gears of War 和其他许多内部服务中都使用了 Orleans。 Orleans 的许多功能使之可以轻松用于各种应用程序。 三、使用Orleans的简单示例
创建项目利用Grain实现一个简单的URL缩短器
#创建新web项目
dotnet new web -o UrlShortener -f net7.0#进入项目文件夹打开编辑器
cd UrlShortener
code . 在项目中添加orleans组件
#将 Orleans 添加到项目
dotnet add package Microsoft.Orleans.Server -v 7.0.0在program.cs文件头部添加引用
using Microsoft.AspNetCore.Http.Extensions;
using Orleans.Runtime;
1、创建grain类 首先在program.cs文件底部添加一个继承自IGrainWithStringKey的接口实现设置和读取。
public interface IUrlShortenerGrain : IGrainWithStringKey
{Task SetUrl(string shortenedRouteSegment, string fullUrl);Taskstring GetUrl();
}
然后创建 UrlShortenerGrain类并实现此接口
public class UrlShortenerGrain : Grain, IUrlShortenerGrain
{private KeyValuePairstring, string _cache;public Task SetUrl(string shortenedRouteSegment, string fullUrl){_cache new KeyValuePairstring, string(shortenedRouteSegment, fullUrl);return Task.CompletedTask;}public Taskstring? GetUrl(){return Task.FromResult(_cache.Value);}
}
2、创建和配置接收器
在 Program 类的顶部重构 builder 代码以使用 Orleans。 完成的代码应如下例所示
var builder WebApplication.CreateBuilder();builder.Host.UseOrleans(siloBuilder
{siloBuilder.UseLocalhostClustering();
});var app builder.Build(); 接下来需要检索粒度工厂的实例。 Orleans 提供了一个默认的粒度工厂它使用粒度的标识符来管理粒度的创建和检索。 调用 var app builder.Build(); 后添加以下代码行以获取粒度工厂并将其存储在名为 grainFactory 的变量中
var grainFactory app.Services.GetRequiredServiceIGrainFactory();
3、创建长URL接收路由
将原输出“Hello, world”的代码改成接受长URL并准备返回短URL
app.MapGet(/shorten/{*path},async (IGrainFactory grains, HttpRequest request, string path)
{return Results.Ok();
});
此时返回一个200的空值将它改进返回短URL路径。
app.MapGet(/shorten/{*path},
async (IGrainFactory grains, HttpRequest request, string path)
{var shortenedRouteSegment Guid.NewGuid().GetHashCode().ToString(X);var shortenerGrain grains.GetGrainIUrlShortenerGrain(shortenedRouteSegment);await shortenerGrain.SetUrl(shortenedRouteSegment, path);var resultBuilder new UriBuilder(request.GetEncodedUrl()){Path $/go/{shortenedRouteSegment}};return Results.Ok(resultBuilder.Uri);
});
上述代码执行了几个任务
首先使用一个 GUID 从其哈希代码创建一个随机的缩短路由段作为十六进制字符串。然后粒度工厂使用缩短的路由段作为标识符来创建新粒度。粒度实例存储缩短的路由段和原始目标 URL以便稍后可以进行检索。最后组装一个包含缩短的路由段的新 URL 并返回给用户。
4、 创建访问短URL时重定向到对应长URL的路由路径
app.MapGet(/go/{shortenedRouteSegment},async (IGrainFactory grains, string shortenedRouteSegment)
{var shortenerGrain grains.GetGrainIUrlShortenerGrain(shortenedRouteSegment);var url await shortenerGrain.GetUrl();return Results.Redirect(url);
});
此代码执行以下任务来处理用户的请求。
使用短URL名作为键从grains工厂拉取保存所提供短URL的重定向信息的grain。从grain中检索完整的 URL 字符串。如果找到适当的 URL则将用户重定向到该地址否则返回 404。
5、运行测试
dotnet run 如访问{localhost}/shorten/https://blog.csdn.net/zhujisoft得到短路径http://localhost:5205/go/AB39050D 访问短路径http://localhost:5205/go/AB39050D则可以重定向到长URL地址利用grain实现简单的转换功能。 6、状态保持尝试用grain保存数据
可以定义要保持状态的对象具体做法是在grain构造函数中声明这些对象并使用 PersistentState属性进行修饰。 使用此属性修饰的对象有权访问前面介绍的 API 方法。 PersistentState属性 接受两个参数
Name定义状态对象的名称。StorageName定义应将对象保存到的存储提供程序。
public class UrlShortenerGrain : Grain, IUrlShortenerGrain
{private readonly IPersistentStateKeyValuePairstring, string _cache;public UrlShortenerGrain([PersistentState(stateName: url,storageName: urls)]IPersistentStateKeyValuePairstring, string state){_cache state;}
}
7、配置grain存储方法
builder.Host.UseOrleans(siloBuilder
{siloBuilder.UseLocalhostClustering();siloBuilder.AddAzureBlobGrainStorage(urls,// Recommended: Connect to Blob Storage using DefaultAzureCredentialoptions {options.ConfigureBlobServiceClient(new Uri(https://your-account-name.blob.core.windows.net),new DefaultAzureCredential());});// Connect to Blob Storage using Connection strings// options options.ConfigureBlobServiceClient(connectionString));
}); 存储提供程序示例包括传统 SQL 数据库、各种 Azure 服务例如 Blob 存储和其他云资源例如 Amazon DynamoDb。 这些提供程序通过各种 NuGet 包提供。 Orleans 还提供扩展点来添加自己的存储提供程序。
为简单起见本例中使用内存存储
builder.Host.UseOrleans(siloBuilder
{siloBuilder.UseLocalhostClustering();siloBuilder.AddMemoryGrainStorage(urls);
});
更新grain构造函数和使用方法
public async Task SetUrl(string shortenedRouteSegment, string fullUrl)
{_cache.State new KeyValuePairstring, string(shortenedRouteSegment, fullUrl);await _cache.WriteStateAsync();
}public Taskstring GetUrl()
{return Task.FromResult(_cache.State.Value);
}
自此应用程序现支持持久状态。
四、参考文章
1、Orleans 简介 - Training | Microsoft Learn
2、简介 - Training | Microsoft Learn
3、actor模型工作原理-腾科IT教育官网
4、Orleans简介_c# orleans 框架 组成部分_liyan530的博客-CSDN博客
