从java的多线程到erlang的actor并发模型

多线程并发的难题张大胖在做一个银行相关的项目写了一个Account的类用来表示一个用户的银行账号根据银行的常规业务自然要提供两个方法存款(deposit)和取款(withdraw)。为了防止多线程并发时导致的数据不一致问题张大胖给每个方法都加了synchronized 那意思很清楚想进入某个方法执行存款或取款操作必须得先获得一把锁才行。(注为了简化这里没有做边界条件检查。)但是在做转账操作的时候为了保证一致性必须得把两个账户都加上锁然后才可以操作于是张大胖写下了这样的代码他觉得很简单立刻就提交给Bill 让他Review。富有经验的Bill立刻就发现了问题马上对张大胖说“这样会出现死锁”张大胖说“这么简单的代码怎么可能有死锁”“假设线程1 做的操作是账户A给账户B转账 先锁住了A账户 接下来试图申请B账户的锁与此同时线程2 在从 账户B给账户A 转账 先锁住了B账户的锁 接下来试图申请A账户的锁。两个线程各自持有资源 然后等待获取对方的资源 都无法执行下去 死锁就出现了”张大胖无言以对不得不承认Bill是正确的。他问道“那怎么解决这个问题”“非常简单加锁的时候按次序来就可以了例如所有的线程无论是从A向B转账还是从B向A转账都先获得账号A的锁成功后再获得账户B的锁这样就没问题了。”张大胖说“那样代码会变得很古怪啊还得给两个账户排个顺序如果不知道背后的思想读起来很痛苦怪不得人家说多线程编程很难啊。”Bill说“是啊 其实线程这个东西就是一段代码的执行而已 是操作系统层面的概念可是我们苦逼的程序员不得不来面对它来背这个多线程并发的锅了。”2黑盒子下班后张大胖一直在思考这个问题既然线程是操作系统层面的概念能不能把线程的概念隐藏起来然后所有的操作都不用加锁呢 这样以来编程就会容易得多啊本质的问题是什么首先是共享的状态例如Account中的balance 多个线程都要读写 其次就是多个线程乱序、并发执行。能不能换个思路把这个Account对象看成一个黑盒子你想存款了就发一个存款的消息过来想取款就发一个取款的消息过来。不管是有一个消息还是有100个消息我统统放到黑盒子的一个队例中然后让Account对象一个个顺序处理不就可以了 根本不用在方法上加锁这样做其实就是把并发的操作变成了串行的操作而已不对如果调用方把取款消息放下就走 不等待返回结果 那就不是同步操作而是异步操作了但是如果取款的时候发现余额不足怎么通知调用方嗯调用方也必须是个黑盒子对象也向它发送异步消息这个消息也会在消息队列中存下来调用方“黑盒子”也会一个个处理。想到这一层张大胖激动起来取款和存款的操作就不用在加锁了码农们只要考虑黑盒子对消息的处理即可取出消息处理消息向别的黑盒子发送消息 根本不用考虑线程这样底层的概念了。3Actor模型第二天张大胖赶紧找到Bill, 向他炫耀自己的“新发明”。Bill不动声色“小伙子不错啊重新发明了轮子”“重新发明”“是啊你这个所谓黑盒子就是所谓Actor模型啊 它最早由Carl Hewitt在1973定义其消息传递的方式更加符合面向对象的原始意图 这一点我想你也体会到了要不你怎么把他们叫做黑盒子啊。”“1973年 我还没出生。唉看来这些概念已经被老前辈们都发明完了啊。”“Actor属于并发组件模型 可以把程序员从多线程并发或线程池等基础概念中解放出来。它有这么几个特点”Actor就是你说的黑盒子系统是由很多Actor组成。 Actor之间不共享状态但是会接收别的Actor发送的异步消息处理的过程中会改变内部状态也可能向别的Actor发送消息。Message:消息是不可变的 它的发送都是异步的Actor内部有个“MailBox”来缓存消息。MailBoxActor内部缓存消息的邮箱 其他Actor发送的消息都放到这里然后被本Actor处理类似有多个生成者和一个消费者的队例。张大胖说“和我之前的图差不多看来我确实是重新发明了轮子啊。”4用Actor实现转账Bill 笑道“这个Actor看起来很美但是编程的时候你得刷新一下你的思维才行。 大胖之前你的转账操作在多线程下不是会出现死锁吗 你考虑下如果用Actor的思路该怎么写”“首先得有两个Actor, 这两个Actor 表示了两个账户我把它们叫做旺财和小强。”“然后呢转账的逻辑怎么处理”张大胖想了一会“既然转账是在两个Actor之间发生的那可以引入一个协调者Actor叫做转账管家吧。不过由于消息都是异步的转账管家向旺财这个Actor发起扣款请求以后不知道什么时候才能真正执行扣款也不能立刻知道是否成功必须得等待啊这就有点麻烦了。”Bill说“我给你画个流程图你看看。”张大胖感慨地说“原来的多线程并发模型需要同时锁住两个账户然后才能进行转账。现在每个Actor都独立也把这个转账给搞定了。”Bill说“其实对于转账管家来说对每个转账的消息内部是隐含一个流程状态的就是先向某个账户扣款成功以后再向另一个账户增加最后给调用者返回状态这个次序是不能乱的。看到图中那个Transaction ID没有(Tx01)就是用来跟踪这个转账的事务。”4漏洞“我发现了一个漏洞你这个转账虽然看起来很美没有加锁但是和原来的是有区别的原来多线程思路是会把旺财和小强的账户同时锁住然后转账在这个过程中别人是不能操作这两个账号的 而你的Actor方案中当转账管家给旺财发消息扣款的时候小强其实是自由的如果这时候小强的账户被冻结那你的转账管家还得回滚旺财的扣款这多麻烦啊。”Bill“哈哈你小子还挺机灵的嘛看出了这个问题Actor模型非常适用于多个组件独立工作相互之间仅仅依靠消息传递的情况。如果想在多个组件之间维持一致的状态比如咱们例子中的转账那就不爽了。”“那怎么解决这个问题”“那必须得用一些特殊手段了有些实现Actor的框架例如Akka专门提供了像Coordinated /Transactor这样的机制来处理这个问题。有空的话给你仔细讲讲。”“好吧我回头看看这个Akka 对了 Actor虽然对用户隐藏了线程 但是总得有线程来处理消息吧。” 张大胖问道。“那是肯定的线程本质上就是一段代码的执行每个Actor在处理消息的时候肯定得和线程关联才行只不过Actor系统把线程这个概念给隐藏了。”“有哪些系统实现了Actor?” 张大胖接着问。“其实最著名的就是Erlang了Actor模型可以说是它的基础除了我们上面所说的还可以让Actor之间建立关联例如让一个Actor去监控另外一些Actor工作如果那些Actor崩溃了就新建一个Actor继续工作。在Java 领域刚才提到的Akka是比较知名的一个Actor框架。 ”