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手把手教你学Dapr – 7. Actors


目录

手把手教你学Dapr – 1. .Net开发者的大时代
手把手教你学Dapr – 2. 必须知道的概念
手把手教你学Dapr – 3. 使用Dapr运行第一个.Net程序
手把手教你学Dapr – 4. 服务调用
手把手教你学Dapr – 5. 状态管理
手把手教你学Dapr – 6. 发布订阅
手把手教你学Dapr – 7. Actors

介绍

Actor模式将Actor描述为最低级别的“计算单元”。换句话说,您在一个独立的单元(称为actor)中编写代码,该单元接收消息并一次处理一个消息,没有任何并发或线程。

再换句话说,根据ActorId划分独立计算单元后,相同的ActorId重入要排队,可以理解为lock(ActorId)

:这里有个反例,就是重入性的引入,这个概念目前还是Preview,它允许同一个链内可以重复进入,判断的标准不止是ActorId这么简单,即自己调自己是被允许的。这个默认是关闭的,需要手动开启,即默认不允许自己调自己

当您的代码处理一条消息时,它可以向其他参与者发送一条或多条消息,或者创建新的参与者。底层运行时管理每个参与者运行的方式、时间和地点,并在参与者之间路由消息。

大量的Actor可以同时执行,Actor彼此独立执行。

Dapr 包含一个运行时,它专门实现了 Virtual Actor 模式。 通过 Dapr 的实现,您可以根据 Actor 模型编写 Dapr Actor,而 Dapr 利用底层平台提供的可扩展性和可靠性保证。

什么时候用Actors

Actor 设计模式非常适合许多分布式系统问题和场景,但您首先应该考虑的是该模式的约束。一般来说,如果出现以下情况,请考虑使用Actors模式来为您的问题或场景建模:

  • 您的问题空间涉及大量(数千个或更多)小的、独立且孤立的状态和逻辑单元
  • 您希望使用需要与外部组件进行大量交互的单线程对象,包括跨一组Actors查询状态。
  • 您的 Actor 实例会通过发出 I/O 操作来阻塞具有不可预测延迟的调用者。

Dapr Actor

每个Actor都被定义为Actor类型的实例,就像对象是类的实例一样。 例如,可能有一个执行计算器功能的Actor类型,并且可能有许多该类型的Actor分布在集群的各个节点上。每个这样的Actor都由一个Acotr ID唯一标识。

手把手教你学Dapr - 7. Actors

生命周期

Dapr Actors是虚拟的,这意味着他们的生命周期与他们的内存表现无关。因此,它们不需要显式创建或销毁。Dapr Actors运行时在第一次收到对该Actor ID 的请求时会自动激活该Actor。如果一个Actor在一段时间内没有被使用,Dapr Actors运行时就会对内存中的对象进行垃圾回收。如果稍后需要重新激活,它还将保持对参与者存在的了解。如果稍后需要重新激活,它还将保持对 Actor 的一切原有数据。

调用 Actor 方法和提醒会重置空闲时间,例如提醒触发将使Actor保持活跃。无论Actor是活跃还是不活跃,Actor提醒都会触发,如果为不活跃的Actor触发,它将首先激活演员。Actor 计时器不会重置空闲时间,因此计时器触发不会使 Actor 保持活动状态。计时器仅在Actor处于活动状态时触发。

Reminders 和 Timers 最大的区别就是Reminders会保持Actor的活动状态,而Timers不好会

Dapr 运行时用来查看Actor是否可以被垃圾回收的空闲超时和扫描间隔是可配置的。当 Dapr 运行时调用 Actor 服务以获取支持的 Actor 类型时,可以传递此信息。

由于Virtual Actor模型的存在,这种Virtual Actor生命周期抽象带来了一些注意事项,事实上,Dapr Actors实现有时会偏离这个模型。

第一次将消息发送到Actor ID时,Actor被自动激活(导致构建Actor对象)。 经过一段时间后,Actor对象将被垃圾回收。被回收后再次使用Actor ID将导致构造一个新的Actor对象。 Actor 的状态比对象的生命周期长,因为状态存储在 Dapr 运行时配置的状态管理组件中。

:Actor被垃圾回收之前,Actor对象是会复用的。这里会导致一个问题,在.Net Actor类中,构造函数在Actor存活期间只会被调用一次。

分发和故障转移

为了提供可扩展性和可靠性,Actor 实例分布在整个集群中,Dapr 根据需要自动将它们从故障节点迁移到健康节点。

Actors 分布在 Actor 服务的实例中,而这些实例分布在集群中的节点之间。 对于给定的Actor类型,每个服务实例都包含一组Actor。

Dapr安置服务(Placement Service)

Dapr Actor 运行时为您管理分发方案和密钥范围设置。这是由Actor Placement 服务完成的。创建服务的新实例时,相应的 Dapr 运行时会注册它可以创建的Actor类型,并且安置服务会计算给定Actor类型的所有实例的分区。每个Actor类型的分区信息表被更新并存储在环境中运行的每个Dapr实例中,并且可以随着Actor服务的新实例的创建和销毁而动态变化。这如下图所示:

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当客户端调用具有特定ID的Actor(例如,Actor ID 123)时,客户端的 Dapr 实例会Hash Actor类型和 ID,并使用该信息调用可以为特定Actor ID的请求提供服务的相应Dapr实例。因此,始终为任何给定的Actor ID 调用相同的分区(或服务实例)。这如下图所示:

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这简化了一些选择,但也带来了一些考虑:

  • 默认情况下,Actor 随机放置到 pod 中,从而实现均匀分布。
  • 因为Actor是随机放置的,应该可以预料到Actor操作总是需要网络通信,包括方法调用数据的序列化和反序列化,产生延迟和开销。

:Dapr Actor 放置服务仅用于 Actor 放置,因此如果您的服务不使用 Dapr Actors,则不需要。 放置服务可以在所有托管环境中运行,包括自托管和 Kubernetes。

Actor通讯

您可以通过HTTP/gRPC调用Actor,当然也可以用SDK。

POST/GET/PUT/DELETE http://localhost:3500/v1.0/actors/<actorType>/<actorId>/<method/state/timers/reminders> 

并发

Dapr Actor 运行时为访问 Actor 方法提供了一个简单的回合制(turn-basesd)的访问模型。这意味着在任何时候,Actor 对象的代码中都不能有超过一个线程处于活动状态。

单个Actor实例一次不能处理多个请求。如果预期要处理并发请求,Actor 实例可能会导致吞吐量瓶颈。

单个Actor实例指每个Actor ID对应的Actor对象。单个Actor不并发就没有问题

如果两个 Actor 之间存在循环请求,而同时向其中一个 Actor 发出外部请求,则 Actor 之间可能会陷入僵局。Dapr Actor运行时自动超时Actor调用并向调用者抛出异常以中断可能的死锁情况。

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重入性(Preview)

作为对 dapr 中基础 Actor 的增强。现在重入性为预览功能,感兴趣的小伙伴可以到看官方文档。

回合制访问(Turn-based access)

一个回合包括一个Actor方法的完整执行以响应来自其他Actor或客户端的请求,或者一个计时器/提醒回调的完整执行。即使这些方法和回调是异步的,Dapr Actor运行时也不会将它们交叉。一个回合必须完全完成后,才允许进行新的回合。换句话说,当前正在执行的Actor方法或计时器/提醒回调必须完全完成,才能允许对方法或回调的新调用。

Dapr Actor运行时通过在回合开始时获取每个Actor的锁并在回合结束时释放锁来实现基于回合的并发性。 因此,基于回合的并发是在每个Actor的基础上执行的,而不是跨Actor。Actor 方法和计时器/提醒回调可以代表不同的 Actor 同时执行。

以下示例说明了上述概念。考虑实现两个异步方法(例如 Method1 和 Method2)、计时器和提醒的Actor 类型。下图显示了代表属于此Actor类型的两个Actors(ActorId1 和 ActorId2)执行这些方法和回调的时间线示例。

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Actor状态管理

Actor可以使用状态管理功能可靠地保存状态。您可以通过 HTTP/gRPC 端点与 Dapr 交互以进行状态管理。

要使用 actor,您的状态存储必须支持事务。这意味着您的状态存储组件必须实现 TransactionalStore 接口。只有一个状态存储组件可以用作所有参与者的状态存储。

事务支持列表:https://docs.dapr.io/reference/components-reference/supported-state-stores/

:建议学习的时候都用Redis,官方所有的示例也都是基于Redis,比较容易上手,且Dapr init默认集成

Actor计时器和提醒

Actor可以通过注册计时器或提醒来安排自己的定期工作。

计时器和提醒的功能非常相似。主要区别在于,Dapr Actor 运行时在停用后不保留有关计时器的任何信息,而使用 Dapr Actor 状态提供程序保留有关提醒的信息。

定时器和提醒的调度配置是相同的,总结如下:


DueTime 是一个可选参数,用于设置第一次调用回调之前的时间或时间间隔。如果省略 DueTime,则在定时器/提醒注册后立即调用回调。

支持的格式:

  • RFC3339 日期格式,例如2020-10-02T15:00:00Z
  • time.Duration 格式,例如2h30m
  • ISO 8601 持续时间格式,例如PT2H30M

period 是一个可选参数,用于设置两次连续回调调用之间的时间间隔。当以 ISO 8601-1 持续时间格式指定时,您还可以配置重复次数以限制回调调用的总数。如果省略 period,则回调将仅被调用一次。

支持的格式:

  • time.Duration 格式,例如2h30m
  • ISO 8601 持续时间格式,例如PT2H30M, R5/PT1M30S

ttl 是一个可选参数,用于设置计时器/提醒到期和删除的时间或时间间隔。如果省略 ttl,则不应用任何限制。

支持的格式:

  • RFC3339 日期格式,例如2020-10-02T15:00:00Z
  • time.Duration 格式,例如2h30m
  • ISO 8601 持续时间格式,例如PT2H30M

当您同时指定周期内的重复次数和 ttl 时,计时器/提醒将在满足任一条件时停止。

Actor 运行时配置

  • actorIdleTimeout – 停用空闲 actor 之前的超时时间。每个 actorScanInterval 间隔都会检查超时。默认值:60 分钟

  • actorScanInterval – 指定扫描演员以停用空闲Actor的频率的持续时间。闲置时间超过 actor_idle_timeout 的 Actor 将被停用。默认值:30 秒

  • drainOngoingCallTimeout – 在耗尽Rebalanced的Actor的过程中的持续时间。这指定了当前活动 Actor 方法完成的超时时间。如果当前没有 Actor 方法调用,则忽略此项。默认值:60 秒

  • drainRebalancedActors – 如果为 true,Dapr 将等待 drainOngoingCallTimeout 持续时间以允许当前角色调用完成,然后再尝试停用角色。默认值:true

    drainRebalancedActors与上面的drainOngoingCallTimeout需搭配使用

  • reentrancy – (ActorReentrancyConfig) – 配置角色的重入行为。如果未提供,则禁用可重入。默认值:disabled, 0

  • remindersStoragePartitions – 配置Actor提醒的分区数。如果未提供,则所有提醒都将保存为Actor状态存储中的单个记录。默认值:0

// In Startup.cs public void ConfigureServices(IServiceCollection services) {     // Register actor runtime with DI     services.AddActors(options =>     {         // Register actor types and configure actor settings         options.Actors.RegisterActor<MyActor>();          // Configure default settings         options.ActorIdleTimeout = TimeSpan.FromMinutes(60);         options.ActorScanInterval = TimeSpan.FromSeconds(30);         options.DrainOngoingCallTimeout = TimeSpan.FromSeconds(60);         options.DrainRebalancedActors = true;         options.RemindersStoragePartitions = 7;         // reentrancy not implemented in the .NET SDK at this time     });      // Register additional services for use with actors     services.AddSingleton<BankService>(); } 

分区提醒(Preview)

在 sidecar 重新启动后,Actor 提醒会保留并继续触发。在 Dapr 运行时版本 1.3 之前,提醒被保存在 actor 状态存储中的单个记录上。

此为Preview功能,感兴趣可以看官方文档

.Net调用Dapr的Actor

与以往不同,Actor示例会多创建一个共享类库用于存放Server和Client共用的部分

创建Assignment.Shared

创建类库项目,并添加Dapr.ActorsNuGet包引用,最后添加以下几个类:

AccountBalance.cs

namespace Assignment.Shared; public class AccountBalance {     public string AccountId { get; set; } = default!;      public decimal Balance { get; set; } } 

IBankActor.cs

:这个是Actor接口,IActor是Dapr SDK提供的

using Dapr.Actors;  namespace Assignment.Shared; public interface IBankActor : IActor {     Task<AccountBalance> GetAccountBalance();      Task Withdraw(WithdrawRequest withdraw); } 

OverdraftException.cs

namespace Assignment.Shared; public class OverdraftException : Exception {     public OverdraftException(decimal balance, decimal amount)         : base($"Your current balance is {balance:c} - that's not enough to withdraw {amount:c}.")     {     } } 

WithdrawRequest.cs

namespace Assignment.Shared; public class WithdrawRequest {     public decimal Amount { get; set; } } 

创建Assignment.Server

创建类库项目,并添加Dapr.Actors.AspNetCoreNuGet包引用和Assignment.Shared项目引用,最后修改程序端口为5000。

:Server与Shared和Client的NuGet包不一样,Server是集成了服务端的一些功能

修改program.cs

var builder = WebApplication.CreateBuilder(args); builder.Services.AddSingleton<BankService>(); builder.Services.AddActors(options => {     options.Actors.RegisterActor<DemoActor>(); });  var app = builder.Build();  app.UseRouting();  app.UseEndpoints(endpoints => {     endpoints.MapActorsHandlers(); });  app.Run(); 

添加BankService.cs

using Assignment.Shared;  namespace Assignment.Server; public class BankService {     // Allow overdraft of up to 50 (of whatever currency).     private readonly decimal OverdraftThreshold = -50m;      public decimal Withdraw(decimal balance, decimal amount)     {         // Imagine putting some complex auditing logic here in addition to the basics.          var updated = balance - amount;         if (updated < OverdraftThreshold)         {             throw new OverdraftException(balance, amount);         }          return updated;     } } 

添加BankActor.cs

using Assignment.Shared; using Dapr.Actors.Runtime; using System;  namespace Assignment.Server; public class BankActor : Actor, IBankActor, IRemindable // IRemindable is not required {     private readonly BankService bank;      public BankActor(ActorHost host, BankService bank)         : base(host)     {         // BankService is provided by dependency injection.         // See Program.cs         this.bank = bank;     }      public async Task<AccountBalance> GetAccountBalance()     {         var starting = new AccountBalance()         {             AccountId = this.Id.GetId(),             Balance = 10m, // Start new accounts with 100, we're pretty generous.         };          var balance = await StateManager.GetOrAddStateAsync("balance", starting);         return balance;     }      public async Task Withdraw(WithdrawRequest withdraw)     {         var starting = new AccountBalance()         {             AccountId = this.Id.GetId(),             Balance = 10m, // Start new accounts with 100, we're pretty generous.         };          var balance = await StateManager.GetOrAddStateAsync("balance", starting)!;          if (balance.Balance <= 0)         {             // Simulated reminder deposit             if (Random.Shared.Next(100) > 90)             {                 await RegisterReminderAsync("Deposit", null, TimeSpan.FromSeconds(5), TimeSpan.FromMilliseconds(-1));             }         }          // Throws Overdraft exception if the account doesn't have enough money.         var updated = this.bank.Withdraw(balance.Balance, withdraw.Amount);          balance.Balance = updated;         await StateManager.SetStateAsync("balance", balance);     }      public async Task ReceiveReminderAsync(string reminderName, byte[] state, TimeSpan dueTime, TimeSpan period)     {         if (reminderName == "Deposit")         {             var balance = await StateManager.GetStateAsync<AccountBalance>("balance")!;              if (balance.Balance <= 0)             {                 balance.Balance += 60; // 50(Overdraft Threshold) + 10 = 60                 Console.WriteLine("Deposit: 10");             }             else             {                 Console.WriteLine("Deposit: ignore");             }         }     } } 

运行Assignment.Server

使用Dapr CLI来启动,先使用命令行工具跳转到目录 dapr-study-roomAssignment07Assignment.Server,然后执行下面命令

dapr run --app-id testactor --app-port 5000 --dapr-http-port 3500 --dapr-grpc-port 50001 dotnet run 

创建Assignment.Client

创建控制台项目,并添加Dapr.ActorsNuGet包引用和Assignment.Shared项目引用。

修改Program.cs

using Assignment.Shared; using Dapr.Actors; using Dapr.Actors.Client;  Console.WriteLine("Creating a Bank Actor"); var bank = ActorProxy.Create<IBankActor>(ActorId.CreateRandom(), "BankActor"); Parallel.ForEach(Enumerable.Range(1, 10), async i => {     while (true)     {         var balance = await bank.GetAccountBalance();         Console.WriteLine($"[Worker-{i}] Balance for account '{balance.AccountId}' is '{balance.Balance:c}'.");          Console.WriteLine($"[Worker-{i}] Withdrawing '{1m:c}'...");         try         {             await bank.Withdraw(new WithdrawRequest() { Amount = 1m });         }         catch (ActorMethodInvocationException ex)         {             Console.WriteLine("[Worker-{i}] Overdraft: " + ex.Message);         }          Task.Delay(1000).Wait();     } });  Console.ReadKey(); 

运行Assignment.Client

使用Dapr CLI来启动,先使用命令行工具跳转到目录 dapr-study-roomAssignment07Assignment.Client,然后执行下面命令

dotnet run 

本章源码

Assignment07

https://github.com/doddgu/dapr-study-room

我们正在行动,新的框架、新的生态

我们的目标是自由的易用的可塑性强的功能丰富的健壮的

所以我们借鉴Building blocks的设计理念,正在做一个新的框架MASA Framework,它有哪些特点呢?

  • 原生支持Dapr,且允许将Dapr替换成传统通信方式
  • 架构不限,单体应用、SOA、微服务都支持
  • 支持.Net原生框架,降低学习负担,除特定领域必须引入的概念,坚持不造新轮子
  • 丰富的生态支持,除了框架以外还有组件库、权限中心、配置中心、故障排查中心、报警中心等一系列产品
  • 核心代码库的单元测试覆盖率90%+
  • 开源、免费、社区驱动
  • 还有什么?我们在等你,一起来讨论

经过几个月的生产项目实践,已完成POC,目前正在把之前的积累重构到新的开源项目中

目前源码已开始同步到Github(文档站点在规划中,会慢慢完善起来):

MASA.BuildingBlocks

MASA.Contrib

MASA.Utils

MASA.EShop

BlazorComponent

MASA.Blazor

QQ群:7424099

微信群:加技术运营微信(MasaStackTechOps),备注来意,邀请进群

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