11-并发编程之-并发模型之Actor和CSP

一 传统并发和基于消息传递的并发

在多核CPU机器下，为了充分利用计算机的资源，我们需要进行并发编程

1.1 传统并发模型

多线程编程，就是传统的并发编程模式

传统的多线程编程，使用的是ShreadMemory(共享内存)的方式，来实现的

有并发的地方就有竞争，传统多线程的并发模式使用lock(锁)，condition (条件变量)等同步原语来强制规定了进程的执行顺序，而这些同步原语本质上都是在各个线程中使用了锁来来实现

除了基于shared memory(共享内存)以外，还有什么其他的并发模型吗？

答案是有的，就是基于消息的并发模型

1.2 基于消息的并发模型

基于消息传递(Message Passing)的并发模型CSP和Actor

这两种模型很像，但还是有一些不同的地方

Actor模型：在Actor模型中，主角是Actor，类似一种worker，Actor彼此之间直接发送消息，不需要经过什么中介，消息是异步发送和处理的

CSP模型：CSP模型中，worker之间不直接彼此联系，而是通过不同channel进行消息发布和侦听。消息的发送者和接收者之间通过Channel松耦合，发送者不知道自己消息被哪个接收者消费了，接收者也不知道是哪个发送者发送的消息

二 CSP介绍

CSP的是Communicating Sequential Processes (CSP)的缩写，翻译成中文是顺序通信进程，简称CSP

CSP的核心思想是多个线程之间通过Channel来通信，对应到golang中的chan结构，对应到Python中是Queue

Go语言的CSP模型是由协程Goroutine与通道Channel实现：

• Go协程goroutine: 是一种轻量线程，它不是操作系统的线程，而是将一个操作系统线程分段使用，通过调度器实现协作式调度。是一种绿色线程，微线程，它与Coroutine协程也有区别，能够在发现堵塞后启动新的微线程。
• 通道channel: 类似Unix的Pipe，用于协程之间通讯和同步。协程之间虽然解耦，但是它们和Channel有着耦合

三 Actor介绍

Actor模式有一点类似面向对象模型，世界上所有的东西都被命名为Actor。
单个Actor会拥有一些状态，比如为名字是book的Actor可能被描述为：

name : 西游记
author : 吴承恩
price : 99

到此为止好像和对象object没有什么不同，但是Actor不会给外界提供任何的行为接口.
比如book.getPrice()这是很自然的面向对象的写法，在Actor是不被允许的。
每一个Actor的属性绝不对外暴露，想和外界进行通信必须发送message，所以每个Actor自身都有一个邮箱(MailBox)

Actor模型描述了一组为了避免并发编程的常见问题的公理:

　　1.所有Actor状态是Actor本地的，外部无法访问。
　　2.Actor必须只有通过消息传递进行通信。　　
　　3.一个Actor可以响应消息:推出新Actor,改变其内部状态,或将消息发送到一个或多个其他参与者。
　　4.Actor可能会堵塞自己,但Actor不应该堵塞它运行的线程。

四 CSP与Actor的区别

Actor模型和CSP区别图如下：

Actor之间直接通讯，而CSP是通过Channel通讯，在耦合度上两者是有区别的，后者更加松耦合。

4.1主要的不同点

关于消息发送方和接收方

Actor：注重的处理单元，也就是Actor，而不是消息传送方式。发送消息时，都需要知道对方是谁。

这里的“都需要知道对方是谁”的意思，当ActorX要给ActorY发消息时，必须明确知道ActorY的地址。ActorY接收到消息时，就能够知道消息发送者（ActorX）的地址。返回消息给发送者时，只需要按发送者的地址往回传消息就行。

CSP：注重的是消息传送方式（channel），不关心发送的人和接收的人是谁。

向channel写消息的人，不知道消息的接收者是谁；读消息的人，也不知道消息的写入者是谁。

两者比较看来，CSP把发送方和接收方给解耦了，但这种解耦带的好处是什么呢？

消息传输方式

Actor：每一对Actor之间，都有一个“MailBox”来进行收发消息。消息的收发是异步的。
CSP：使用定义的 channel 进行收发消息。消息的收发是同步的（也可以做成异步的，但是一个有限异步）

Actor 模式消息传输，只有一个通道（MailBox），所以无论什么“类型”的消息都可能发过来，所以要做好模式配置。而 CSP 中的通道（channel）类型是定好的，而且两个对象可以可以使用多个通道传输消息。（CSP 把通信给细化了，让你在通信时有多种选择，例如：用一个 channel 传一类数据，用另一个 channel 传另一类数据）

这就和MQ的机制有点像了。在通过MQ传输消息时有两种选择：

选择把这个消息发送到哪个 Exchange（类似 channel）里，对于不同的 Exchange 可以有不同的处理程序。
还可以把数据发送到一个 Exchange 里，然后设置分发规则，选择不同的处理程序。

4.2 从写程序的角度来看，不同点

要做【关于取得RSS文章的单词数】这样的程序

CSP

步骤1：定义几个channel，保存不同处理的之间的数据：
1 新文章ch
2 文章内容ch
3 单词数ch

步骤2：然后写相应的处理程序：
1 新文章URL处理（把得取的新文章的URL，写入“新文章ch”）
2 新文章内容处理（把新文章内容读取下来，写入“文章内容ch”）
3 单词数统计（对文章内容进行单词个数统计，写入“单词数ch”）
4 文章单词数累加（读取“单词数ch”，把各个文章单词数进行累加）

步骤3：在主程序中，定义上面的几个channel，再调用几个处理程序，并把channel当成参数传给处理程序

Actor

步骤1：定义控制Actor，控制程序流程，功能如下：
1 当收到指令是“新文章URL处理”的话，调用“新文章URL处理”Actor，并把处理结果返回给调用者。
2 当收到指令是“新文章内容处理”的话，调用“新文章内容处理”Actor，并把处理结果返回给调用者。
3 当收到指令是“单词数统计”的话，调用“单词数统计”Actor，并把处理结果返回给调用者。
4 当收到指令是“文章单词数累加”的话，调用“文章单词数累加”Actor，并把处理结果返回给调用者。
(以上的每一个指令的执行，都可以做成并行的)

步骤2：定义指令相对应的处理程序。

步骤3：主程序，向“控制Actor”发指令，并把每次指令的结果当成参数，传给下一次的指令调用。

需求增加，在单词数统计时，去掉”of/to/and”这些单词,不同实现

CSP

主程序：
1 定义一个新的ch
2 并增加对内容过滤程序的调用。
3 传给“单词数统计”程序的ch，要修改成新定义的ch

子程序：
1 新加一个处理程序。

Actor

主程序：
1 增加对内容过滤Actor的调用
控制Actor：
1 增加一个新的内容过滤指令
子程序：
1 定义一个新的内容过滤Actor

4.3 总结

它们都是描述独立的流程通过消息传递进行通信
主要的区别在于：在CSP消息交换是同步的(即两个流程的执行"接触点"的，在此他们交换消息)，而Actor模型是完全解耦的，可以在任意的时间将消息发送给任何未经证实的接受者。

由于Actor享有更大的相互独立,因为他可以根据自己的状态选择处理哪个传入消息。自主性更大些。

在Go语言中为了不堵塞流程，程序员必须检查不同的传入消息，以便预见确保正确的顺序。CSP好处是Channel不需要缓冲消息，而Actor理论上需要一个无限大小的邮箱作为消息缓冲

无论CSP或者Actor，他们都贯彻了一句话：

Don't communicate by sharing memory; share memory by communicating.