Scala编程实战

项目概述

需求

目前大多数的分布式架构底层通信都是通过RPC实现的，RPC框架非常多，比如前我们学过的Hadoop项目的RPC通信框架，但是Hadoop在设计之初就是为了运行长达数小时的批量而设计的，在某些极端的情况下，任务提交的延迟很高，所以Hadoop的RPC显得有些笨重。

Spark 的RPC是通过Akka类库实现的，Akka用Scala语言开发，基于Actor并发模型实现，Akka具有高可靠、高性能、可扩展等特点，使用Akka可以轻松实现分布式RPC功能。

Akka简介

友情链接：　　Actors介绍: https://www.iteblog.com/archives/1154.html

Akka基于Actor模型，提供了一个用于构建可扩展的（Scalable）、弹性的（Resilient）、快速响应的（Responsive）应用程序的平台。

Actor模型：在计算机科学领域，Actor模型是一个并行计算（Concurrent Computation）模型，它把actor作为并行计算的基本元素来对待：为响应一个接收到的消息，一个actor能够自己做出一些决策，如创建更多的actor，或发送更多的消息，或者确定如何去响应接收到的下一个消息。

Actor是Akka中最核心的概念，它是一个封装了状态和行为的对象，Actor之间可以通过交换消息的方式进行通信，每个Actor都有自己的收件箱（Mailbox）。通过Actor能够简化锁及线程管理，可以非常容易地开发出正确地并发程序和并行系统，Actor具有如下特性：

(1)、提供了一种高级抽象，能够简化在并发（Concurrency）/并行（Parallelism）应用场景下的编程开发

（2）、提供了异步非阻塞的、高性能的事件驱动编程模型

（3）、超级轻量级事件处理（每GB堆内存几百万Actor）

项目实现

实战一：

利用Akka的actor编程模型，实现2个进程间的通信。

架构图

重要类介绍

ActorSystem：在Akka中，ActorSystem是一个重量级的结构，他需要分配多个线程，所以在实际应用中，ActorSystem通常是一个单例对象，我们可以使用这个ActorSystem创建很多Actor。

注意：

（1）、ActorSystem是一个进程中的老大，它负责创建和监督actor

（2）、ActorSystem是一个单例对象

（3）、actor负责通信

Actor

在Akka中，Actor负责通信，在Actor中有一些重要的生命周期方法。

（1）preStart()方法：该方法在Actor对象构造方法执行后执行，整个Actor生命周期中仅执行一次。

（2）receive()方法：该方法在Actor的preStart方法执行完成后执行，用于接收消息，会被反复执行。

具体代码

①　Master类

package cn.itcast.rpc
  
  import akka.actor.{Actor, ActorRef, ActorSystem, Props}
  import com.typesafe.config.ConfigFactory
  
  //todo:利用akka的actor模型实现2个进程间的通信-----Master端  
  class Master  extends Actor{
  //构造代码块先被执行
  println("master constructor invoked")
  
  //prestart方法会在构造代码块执行后被调用，并且只被调用一次
  override def preStart(): Unit = {
    println("preStart method invoked")
  }
  
  //receive方法会在prestart方法执行后被调用，表示不断的接受消息
  override def receive: Receive = {
    case "connect" =>{
      println("a client connected")

      //master发送注册成功信息给worker
      sender ! "success"
    }
  }
}

  object Master{
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    //master的ip地址
    val host=args(0)
    //master的port端口
    val port=args(1)
  
    //准备配置文件信息
    val configStr=
      s"""
        |akka.actor.provider = "akka.remote.RemoteActorRefProvider"
        |akka.remote.netty.tcp.hostname = "$host"
        |akka.remote.netty.tcp.port = "$port"
      """.stripMargin
  
    //配置config对象 利用ConfigFactory解析配置文件，获取配置信息
    val config=ConfigFactory.parseString(configStr)
  
      // 1、创建ActorSystem,它是整个进程中老大，它负责创建和监督actor，它是单例对象
    val masterActorSystem = ActorSystem("masterActorSystem",config)
     // 2、通过ActorSystem来创建master actor
      val masterActor: ActorRef = masterActorSystem.actorOf(Props(new Master),"masterActor")
    // 3、向master actor发送消息
    //masterActor ! "connect"
  }
}

②　Worker类

package cn.itcast.rpc
 
  import akka.actor.{Actor, ActorRef, ActorSelection, ActorSystem, Props}
  import com.typesafe.config.ConfigFactory

  //todo:利用akka中的actor实现2个进程间的通信-----Worker端
  class Worker  extends Actor{
  println("Worker constructor invoked")
  
  //prestart方法会在构造代码块之后被调用，并且只会被调用一次
  override def preStart(): Unit = {
      println("preStart method invoked")

    //获取master actor的引用
    //ActorContext全局变量，可以通过在已经存在的actor中，寻找目标actor
    //调用对应actorSelection方法，
    // 方法需要一个path路径：1、通信协议、2、master的IP地址、3、master的端口 4、创建master actor老大 5、actor层级
    val master: ActorSelection = context.actorSelection("akka.tcp://masterActorSystem@172.16.43.63:8888/user/masterActor")

    //向master发送消息
    master ! "connect"  
  }
  
  //receive方法会在prestart方法执行后被调用，不断的接受消息
  override def receive: Receive = {
    case "connect" =>{
      println("a client connected")
    }

    case "success" =>{
      println("注册成功")
    }
  }
}

  object Worker{
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    //定义worker的IP地址
    val host=args(0)
    //定义worker的端口
    val port=args(1)

    //准备配置文件
    val configStr=
      s"""
        |akka.actor.provider = "akka.remote.RemoteActorRefProvider"
        |akka.remote.netty.tcp.hostname = "$host"
        |akka.remote.netty.tcp.port = "$port"
      """.stripMargin

    //通过configFactory来解析配置信息
    val config=ConfigFactory.parseString(configStr)

     // 1、创建ActorSystem，它是整个进程中的老大，它负责创建和监督actor
    val workerActorSystem = ActorSystem("workerActorSystem",config)
    // 2、通过actorSystem来创建 worker actor
    val workerActor: ActorRef = workerActorSystem.actorOf(Props(new Worker),"workerActor")

    //向worker actor发送消息
    workerActor ! "connect"
  }
}

③　运行

　　使用idea开发工具，配置参数时，多个参数之间用空格隔开

启动Master

启动Worker

实战二

使用Akka实现一个简易版的spark通信框架

架构图

具体代码

①　Master类

package cn.itcast.spark

  import akka.actor.{Actor, ActorRef, ActorSystem, Props}
  import com.typesafe.config.ConfigFactory
  import scala.collection.mutable
  import scala.collection.mutable.ListBuffer
  import scala.concurrent.duration._

  //todo:利用akka实现简易版的spark通信框架-----Master端
  class Master  extends Actor{
  //构造代码块先被执行
  println("master constructor invoked")

  //定义一个map集合，用于存放worker信息
  private val workerMap = new mutable.HashMap[String,WorkerInfo]()

  //定义一个list集合，用于存放WorkerInfo信息，方便后期按照worker上的资源进行排序
  private val workerList = new ListBuffer[WorkerInfo]

  //master定时检查的时间间隔
  val CHECK_OUT_TIME_INTERVAL=15000 //15秒

  //prestart方法会在构造代码块执行后被调用，并且只被调用一次
  override def preStart(): Unit = {
    println("preStart method invoked")

      //master定时检查超时的worker
    //需要手动导入隐式转换
    import context.dispatcher
    context.system.scheduler.schedule(0 millis,CHECK_OUT_TIME_INTERVAL millis,self,CheckOutTime)
  }

  //receive方法会在prestart方法执行后被调用，表示不断的接受消息
  override def receive: Receive = {
    //master接受worker的注册信息
    case RegisterMessage(workerId,memory,cores) =>{
        //判断当前worker是否已经注册
      if(!workerMap.contains(workerId)){
        //保存信息到map集合中
        val workerInfo = new WorkerInfo(workerId,memory,cores)
        workerMap.put(workerId,workerInfo)

        //保存workerinfo到list集合中
        workerList +=workerInfo
  
        //master反馈注册成功给worker
        sender ! RegisteredMessage(s"workerId:$workerId 注册成功")
      }
    }

      //master接受worker的心跳信息
    case SendHeartBeat(workerId)=>{
      //判断worker是否已经注册，master只接受已经注册过的worker的心跳信息
      if(workerMap.contains(workerId)){
        //获取workerinfo信息
        val workerInfo: WorkerInfo = workerMap(workerId)

        //获取当前系统时间
        val lastTime: Long = System.currentTimeMillis()
  
        workerInfo.lastHeartBeatTime=lastTime
      }
    }

    case CheckOutTime=>{
      //过滤出超时的worker 判断逻辑： 获取当前系统时间 - worker上一次心跳时间 >master定时检查的时间间隔
        val outTimeWorkers: ListBuffer[WorkerInfo] = workerList.filter(x => System.currentTimeMillis() -x.lastHeartBeatTime > CHECK_OUT_TIME_INTERVAL)
      //遍历超时的worker信息，然后移除掉超时的worker
      for(workerInfo <- outTimeWorkers){
        //获取workerid
        val workerId: String = workerInfo.workerId
        //从map集合中移除掉超时的worker信息
        workerMap.remove(workerId)
        //从list集合中移除掉超时的workerInfo信息
        workerList -= workerInfo
        println("超时的workerId:" +workerId)
      }
      println("活着的worker总数：" + workerList.size)
  
      //master按照worker内存大小进行降序排列
     println(workerList.sortBy(x => x.memory).reverse.toList)
    }
  }
}

  object Master{
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    //master的ip地址
    val host=args(0)
    //master的port端口
    val port=args(1)
  
    //准备配置文件信息
    val configStr=
      s"""
         |akka.actor.provider = "akka.remote.RemoteActorRefProvider"
         |akka.remote.netty.tcp.hostname = "$host"
         |akka.remote.netty.tcp.port = "$port"
      """.stripMargin

    //配置config对象 利用ConfigFactory解析配置文件，获取配置信息
    val config=ConfigFactory.parseString(configStr)
  
    // 1、创建ActorSystem,它是整个进程中老大，它负责创建和监督actor，它是单例对象
    val masterActorSystem = ActorSystem("masterActorSystem",config)
    // 2、通过ActorSystem来创建master actor
    val masterActor: ActorRef = masterActorSystem.actorOf(Props(new Master),"masterActor")
    // 3、向master actor发送消息
    //masterActor ! "connect"
  }
}

②　Worker类

package cn.itcast.spark

  import java.util.UUID
  import akka.actor.{Actor, ActorRef, ActorSelection, ActorSystem, Props}
  import com.typesafe.config.ConfigFactory
  import scala.concurrent.duration._

  //todo:利用akka实现简易版的spark通信框架-----Worker端
  class Worker(val memory:Int,val cores:Int,val masterHost:String,val masterPort:String)  extends Actor{
  println("Worker constructor invoked")

  //定义workerId
  private val workerId: String = UUID.randomUUID().toString

  //定义发送心跳的时间间隔
  val SEND_HEART_HEAT_INTERVAL=10000  //10秒
 
  //定义全局变量
  var master: ActorSelection=_
  
  //prestart方法会在构造代码块之后被调用，并且只会被调用一次
  override def preStart(): Unit = {
    println("preStart method invoked")
    //获取master actor的引用
    //ActorContext全局变量，可以通过在已经存在的actor中，寻找目标actor
    //调用对应actorSelection方法，
    // 方法需要一个path路径：1、通信协议、2、master的IP地址、3、master的端口 4、创建master actor老大 5、actor层级
     master= context.actorSelection(s"akka.tcp://masterActorSystem@$masterHost:$masterPort/user/masterActor")

    //向master发送注册信息，将信息封装在样例类中，主要包含：workerId,memory,cores
    master ! RegisterMessage(workerId,memory,cores)
  }  

  //receive方法会在prestart方法执行后被调用，不断的接受消息
  override def receive: Receive = {
    //worker接受master的反馈信息
    case RegisteredMessage(message) =>{
      println(message)

      //向master定期的发送心跳
      //worker先自己给自己发送心跳
      //需要手动导入隐式转换
      import context.dispatcher
      context.system.scheduler.schedule(0 millis,SEND_HEART_HEAT_INTERVAL millis,self,HeartBeat)
    }

      //worker接受心跳
    case HeartBeat =>{
      //这个时候才是真正向master发送心跳
      master ! SendHeartBeat(workerId)
    }
  }
}
 
  object Worker{
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    //定义worker的IP地址
    val host=args(0)
    //定义worker的端口
    val port=args(1) 
    //定义worker的内存
    val memory=args(2).toInt
    //定义worker的核数
    val cores=args(3).toInt
    //定义master的ip地址
    val masterHost=args(4)
    //定义master的端口
    val masterPort=args(5)

    //准备配置文件
    val configStr=
      s"""
         |akka.actor.provider = "akka.remote.RemoteActorRefProvider"
         |akka.remote.netty.tcp.hostname = "$host"
         |akka.remote.netty.tcp.port = "$port"
      """.stripMargin 

    //通过configFactory来解析配置信息
    val config=ConfigFactory.parseString(configStr)
    // 1、创建ActorSystem，它是整个进程中的老大，它负责创建和监督actor
    val workerActorSystem = ActorSystem("workerActorSystem",config)
    // 2、通过actorSystem来创建 worker actor
    val workerActor: ActorRef = workerActorSystem.actorOf(Props(new Worker(memory,cores,masterHost,masterPort)),"workerActor")

    //向worker actor发送消息
    workerActor ! "connect"
  }
}

③　WorkerInfo类

package cn.itcast.spark

  //封装worker信息
  class WorkerInfo(val workerId:String,val memory:Int,val cores:Int) {
        //定义一个变量用于存放worker上一次心跳时间
      var lastHeartBeatTime:Long=_

  override def toString: String = {
    s"workerId:$workerId , memory:$memory , cores:$cores"
  }
}

④　样例类

package cn.itcast.spark

  trait RemoteMessage  extends Serializable{}

  //worker向master发送注册信息，由于不在同一进程中，需要实现序列化
  case class RegisterMessage(val workerId:String,val memory:Int,val cores:Int) extends RemoteMessage

  //master反馈注册成功信息给worker,由于不在同一进程中，也需要实现序列化
  case class RegisteredMessage(message:String) extends RemoteMessage

  //worker向worker发送心跳 由于在同一进程中，不需要实现序列化
  case object HeartBeat

  //worker向master发送心跳，由于不在同一进程中，需要实现序列化
  case class SendHeartBeat(val workerId:String) extends RemoteMessage

  //master自己向自己发送消息，由于在同一进程中，不需要实现序列化
  case object CheckOutTime