Entspannte Nebenläufigkeit 12.03.2014 Andi Scharfstein, Ben Romberg Entwicklertag 2012.

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1 Entspannte Nebenläufigkeit 12.03.2014 Andi Scharfstein, Ben Romberg Entwicklertag 2012

2 12.03.2014 Quelle: Air Force Weather Agency

3 12.03.2014 Quelle: Air Force Weather Agency

4 Blackout USA (14.08.2003) 12.03.2014 Ursache: Race Condition We test exhaustively, we test with third parties, and we had in excess of three million online operational hours in which nothing had ever exorcised that bug. I'm not sure that more testing would have revealed that. Mike Unum, GE Energy

5 Das Versprechen 12.03.2014 Nie wieder Race Conditions!

6 Zur Erinnerung: Race Condition 12.03.2014 a = 1 Thread 1 a = a + 1

7 Zur Erinnerung: Race Condition 12.03.2014 a = 2 Thread 1

8 Zur Erinnerung: Race Condition 12.03.2014 a = 1 Thread 1 a = a + 1 Thread 2 a = a + 1

9 Zur Erinnerung: Race Condition 12.03.2014 a = 3? a = 2? Thread 1 Thread 2

10 Zur Erinnerung: Race Condition 12.03.2014 a = 3? a = 2? Thread 1 Thread 2 Problem: Zugriff auf globale Ressourcen!

11 Eine Alternative 12.03.2014 Und wenn wir nur mit lokalen Ressourcen arbeiten?

12 Nebenläufigkeit: Aktoren-Sicht 12.03.2014 Aktor 1Aktor 2 Nachrichtenaustausch Lokale Ressourcen Ressourcen in Nachricht

13 Aktoren-Paradigma 12.03.2014 Datenfluss findet ausschließlich in wohldefinierten, gekapselten Einheiten statt

14 Was bringt mir das? 12.03.2014 Race Conditions ThreadsAktoren

15 Aktorentheorie 12.03.2014 Erstmals durch Carl Hewitt (1973) Motivation: Hunderte von vernetzten Maschinen effizient parallelisieren Weiterentwicklung u.a. durch Gul Agha (1986)

16 Was ist ein Aktor? 12.03.2014 Name (Adresse)

17 Was ist ein Aktor? 12.03.2014 Verhalten (Code) Name (Adresse)

18 Was ist ein Aktor? 12.03.2014 Verhalten (Code) Zustand (Daten) Name (Adresse)

19 Was ist ein Aktor? 12.03.2014 Verhalten (Code) Zustand (Daten) Mailbox / Message Queue Name (Adresse)

20 Was kann ein Aktor? 12.03.2014 1.Nachrichten verschicken

21 Was kann ein Aktor? 12.03.2014 1.Nachrichten verschicken 2.Eigenen Zustand/Verhalten ändern

22 Was kann ein Aktor? 12.03.2014 1.Nachrichten verschicken 2.Eigenen Zustand/Verhalten ändern 3.Neue Aktoren erstellen

23 In welcher Welt leben Aktoren? 12.03.2014 Alle Aktoren laufen immer parallel zueinander

24 In welcher Welt leben Aktoren? 12.03.2014 Alle Aktoren laufen immer parallel zueinander Die Aktoren-Theorie macht keine Aussage über Nachrichtenverhalten

25 In welcher Welt leben Aktoren? 12.03.2014 Alle Aktoren laufen immer parallel zueinander Die Aktoren-Theorie macht keine Aussage über Nachrichtenverhalten Nachrichten dürfen Reihenfolge tauschen oder sogar komplett verloren gehen

26 Zeit für ein Beispiel 12.03.2014 MainActor

27 Zeit für ein Beispiel 12.03.2014 MainActorSoccerActor int home = 0; int guest = 0;

28 Zeit für ein Beispiel 12.03.2014 MainActorSoccerActor GoalForHome GoalForGuest GameOver int home = 0; int guest = 0;

29 Akka 12.03.2014 Aktoren-Framework, unterstützt Scala und Java Gründer: Jonas Bonér (Typesafe) Bereits im Einsatz bei Amazon, AutoDesk, Credit Suisse, vmware

30 Demo 12.03.2014

31 Akka – Aktoren Performance 12.03.2014 Reaktives Modell (eventbasiert) Thread Pool mit eigenem Scheduler für leichtgewichtige Aktoren-Threads Sehr gute Performance (Zahl von Aktoren im Millionenbereich, 50 Mio. Nachrichten / sec.)

32 ask() statt tell() 12.03.2014 Ebenfalls asynchron, aber mit Rückgabewert Rückgabewert ist eine Future Futures können –synchron (blockierend) abgefragt werden –mit internen Datenstrukturen weiterverarbeitet werden –einen Callback aufrufen

33 Scaling 12.03.2014 Dank Location Transparency können Aktoren beliebig verteilt werden (Remoting) Umverteilung im lokalen Hauptspeicher Andere Kerne der gleichen Maschine (scaling up) Andere Maschinen im gleichen Netz (scaling out)

34 Monitoring 12.03.2014 Aktoren haben immer einen Supervisor Sie formen untereinander eine Baumhierarchie Fehler werden eskaliert und an der richtigen Stelle gefangen Riskante Operationen werden in eigenem Aktor isoliert (error kernel pattern)

35 Aktoren – Dos and Donts 12.03.2014 Kommunikation zwischen Aktoren sollte ausschließlich über Nachrichten stattfinden Nachrichten sollten nur aus Immutable Objects bestehen Nie wieder Race Conditions

36 Komplexeres Beispiel: Crawler für Wikipedia-API 12.03.2014 Sehr einfach zu realisieren und äußerst performant Thread-Pool mit z.B. 10 Threads Crawler Artikel-ID Artikel-Details startet Kategorie-IDKategorie-Details startet DB Cache (Batch Insert) startet

37 Fazit 12.03.2014 I'm not sure that more testing would have revealed that. Mike Unum, GE Energy

38 Fazit 12.03.2014 I'm not sure that more testing would have revealed that. Mike Unum, GE Energy Besser umdenken anstatt more of the same

39 …dann klappts auch mit dem Strom 12.03.2014

40 Quellen 12.03.2014 Rajesh K. Karmani, Gul Agha: Actors (2011) Philipp Haller, Frank Sommers: Actors in Scala (2012) Akka Dokumentation (http://akka.io, 2012)http://akka.io Ben Romberg: Intopedia: Personalisierte Beitragsempfehlungen für die Wikipedia (2010)

41 Zur Erinnerung: Deadlock 12.03.2014 Gleichzeitiger Zugriff auf globale Ressourcen

42 Threads vs. Aktoren 12.03.2014 Race Conditions Deadlocks Threads + LocksActors