Akka学习之路

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我属于Akka的初学者，本文分享了我在Akka学习和项目实战的一些经验，以及总结和反思，希望对Akka的初学者有所帮助或启发。

初识Akka

还是3年前，2016年我司刚成立研发部，我们打算基于一个开源项目 Kaa来打造自己的IoT PaaS平台。 这是我第一次在工作中阅读、研究、修改大型开源项目，让我受益匪浅，非常感谢这次个工作经历。没错，Kaa这个开源项目正是用了Akka框架、Actor编程模式来实现其业务的。

Kaa只用了Akka的一些基本特性，源码中用到最多的方法就是 Actor.tell()发送消息。再高级一点的，创建Actor的时候用到了RoundRobinPool 路由轮询特性；SupervisorStrategy 来针对Actor定制异常处理策略；Broadcast 消息广播特性；schedule 定时器。最值得借鉴的是Kaa为Akka和Spring的基础提供了范例。可以阅读如下有代表性的源代码：DefaultAkkaService, LocalEndpointActor, LocalEndpointActorMessageProcessor。

今天回头看看Kaa这个项目，并没有把Akka框架用到位：

  1. Kaa的集群和负载均衡完全是自己实现的，而且实现的比较复杂。每个集群节点都持有了所有Endpoint，大家会发现有 LocalEndpointActor – 本地终端Actor，用来处理终端各种业务消息的Actor，和 GlobalEndpointActor – 远程终端Actor，用来转发消息到其真正的节点上。当集群节点收到消息，发现终端不在当前节点上，会根据 GlobalEndpointActor 中记录的终端所在集群的实际地址，把消息转发到其真正所在的服务节点LocalEndpointActor上。有兴趣的同学可以从 DefaultLoadBalancingService.onStatusUpdate 类为入口看看负载均衡是如何实现的。
  2. Actor处理的消息没有进行分类（分策略），这会导致消息业务处理类非常复杂，大家可以看看上文提到的 LocalEndpointActorMessageProcessor。对终端所有的消息处理都交织在该类里面，并没有从业务上对消息进行分类，这会使该类随着消息类型越来越多，导致代码行数越来越长，最终代码难以维护。
  3. 消息流处理节点太多, Actor有祖父关系，这个关系是根据资源归属来划分的。例：终端上报Log到Kaa平台，首先Log消息会经过EncDecActor进行消息编解码, 然后一层层转发 OperationServerActor -> TenantActor -> ApplicationActor -> EndpointActor 。终端归属于某个应用，应用归属于某个租户，租户在OperationServer上，OperationServer起到了负载均衡、故障转移的作用。父Actor中会创建一个Map，聚合了所有子Actor，虽然方便转发，但是一条消息处理的节点太多，消息流太长。
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Akka 项目实战

Kaa定制开发不到半年，应该是从2016年6月左右就转战到公司成立的新项目-全球IoT连接管理平台，如今的ACell产品研发中。从此，Akka的学习就告一段落，直到2018年年初，ACell为满足设备（SIM卡）在VPDN场景下的高性能、高并发的在线计费需求。ACell需要对架构上的调整优化，其中我负责了在线计费功能的研发。这个版本时间非常紧张，分析了需求场景后，觉得用Akka实现起来非常合适，于是在巨大压力下大胆使用了Akka。这里要感谢公司小伙伴对我的信任。
当时想用Akka主要有如下几点考虑：

  1. 由于单个Actor总是线程安全的，为每个设备创建一个Actor，高并发场景下，不需要考虑并发更新问题。
  2. 设备的计费域模型中，涉及非常多的、动态的域值对象，Actor可以将这些信息（状态）放在内存中，避免依赖外部存储，防止因IO操作导致性能问题。
  3. Actor位置透明，Akka天生支持分布式, 方便后期系统水平扩展。
  4. 之前接触过Akka，有一定的知识储备, 虽然有风险，但还可控。
    虽然一年多前对Akka有些许了解，但是并没有实际的项目经验。当时为了让心理有对Akka增加些许底气，快速的把《Akka入门与实践》读完，又补充阅读了官方文档中关于Actor Persistence，和Akka-cluster的内容，然后就开始付诸实践了。在实际开发过程中，有Kaa项目作为参考，并没有遇到阻塞性问题，而且版本上线后也没有遇到大的问题。

Akka 踩坑、进阶

版本上线后不久，有幸在GitHub上遇到了Eclipse Ditto。他是我遇到的Java技术栈里运用Akka最棒的开源IoT项目，Akka的各种特性运用的淋漓尽致，简直是Akka的最佳实践。
接下来就学习吸收Ditto的各种最佳实践, 对ACell进行重构优化。还记得上面说的Kaa的几个问题ACell也同时存在吗？

  1. Akka-cluster 很好的解决了集群问题。Ditto之前版本有专门的Akka Cluster工具包，现在的新版本改用了Akka Management管理Akka集群，代码量虽然少了但是功能更强大了。目前ACell运用了Cluster Singleton做到了主备模式，还没用到Cluster Sharding，因为支持集群分片，要对Actor的消息进行改造，还没有落实。
  2. 根据不同业务含义的消息，对消息分策略处理，可以参看 ThingPersistenceActor。 使用策略模式会使代码结构非常清晰，尤其当Actor使用了Become/Unbecome，策略模式能够有效避免代码混乱。
  3. Ditto中Actor层次结构只有两层，没有消息的层层转发。以Thing Actor为例，ThingSupervisorActor 负责创建和监管 ThingPersistenceActor，并转发业务消息给子Actor，当发现子Actor异常终止，以指数退避的方式再次唤起子Actor。 ThingPersistenceActor 作为子Actor接收处理各种转发来的业务消息即可，层次结构非常简单。目前ACell的Actor是根据资源归属来层层创建的，这种主父结构，虽然方便了Actor的查找定位以及消息广播，但是转发消息的样板代码太多，可以用 Distributed Publish Subscribe in Cluster 发布/订阅模式来代替。

在项目中踩过的坑：

  1. Actor的业务实现中，对有IO的操作的业务最好分离出去。可以创建单独的Actor或者异步发送消息交由外部容器处理，这样可以大大提升性能。
  2. 为不同业务含义的Actor专门创建不同的调度线程（Actor dispatcher）。如果创建Actor不指定dispatcher，会使用默认的Default dispatcher，其线程配置是 fork-join-executor方式。当你的Actor继承了AbstractPersistentActor，并且Actor数量非常多时，压测中会发现，系统吞吐量达到峰值，CPU利用却率不高，并且出现持久化超时Actor熔断现象。
  3. 使用PersistentActor，需要对Akka中的事件溯源模式（Event Sourcing）有一定的了解。否则你可能无法理解，如果消息没有使用persist()持久化, 就算是Actor状态有变化，使用saveSnapshot()保存快照也是无法生效的。
  4. Akka官方提供的Actor持久化插件是基于LevelDB的，它不支持分布式。但是社区有其他的开源插件，推荐使用 Akka Persistence Redis Plugin，因为之前使用过akka-persistence-jdbc，他会导致Akka的处理性能阻塞在数据库的性能上。
  5. 对具有持久化的Actor，需要在收到快照保存成功的消息之后，再做对快照数据做物化视图同步。防止因为快照保存失败，Actor重启后，journal消息再次消费，可能会导致物化视图数据和快照数据不一致现象。

总结、反思和计划

  1. 目前我对Akka还是仅仅停留在用的表面，没有真正深刻理解Akka的灵魂 – ‘反应式’设计模式，对Akka的设计思想还是一知半解。计划阅读今年刚上市的一本新书《反应式设计模式》。
  2. Akka还有很多非常实用的特性并没有了解，一些最佳实践并没有掌握。继续阅读官方文档和Ditto项目，根据不同特性编写小demo。
  3. Akka是用Scala编写的，有些时候需要对Akka源码的阅读，会有语言障碍，没法做到得心应手，只能边猜边看，后面需要系统的学习scala。

Akka初学者学习建议

有过学习Akka的朋友可能会发现，关于Akka无论是中文的还是英文的书籍实在太少了。最好的文档就是官方文档，有理论、有说明、有完整例子（java版、scala版），就是内容太多。我有如下几点建议：

  1. 对于Akka的初学者，可以先读一读《Akka入门与实践》和 《Akka应用模式：分布式应用程序设计实践指南》，前者偏入门、实战，后者偏设计、理论。这个两本书都很薄，200页不到，读起来不费劲。
  2. 有了上面积累的基础知识，阅读官方文档可以根据不同特性有针对性的阅读，配合写一些小demo，或阅读官方demo源码，加深印象。
  3. 阅读Eclipse Ditto源码，汲取项目经验，总结最佳实践。
  4. 深入理解Akka的设计思想，阅读《反应式设计模式》。这本书从作者到译者都是Akka源码的贡献者，书的内容质量没的说。