Entspannte Nebenläufigkeit Andi Scharfstein, Ben Romberg Entwicklertag 2012

Quelle: Air Force Weather Agency

Quelle: Air Force Weather Agency

Blackout USA ( ) 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

Das Versprechen Nie wieder Race Conditions!

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

Zur Erinnerung: Race Condition a = 2 Thread 1

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

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

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

Eine Alternative Und wenn wir nur mit lokalen Ressourcen arbeiten?

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

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

Was bringt mir das? Race Conditions ThreadsAktoren

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

Was ist ein Aktor? Name (Adresse)

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

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

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

Was kann ein Aktor? Nachrichten verschicken

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

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

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

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

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

Zeit für ein Beispiel MainActor

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

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

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

Demo

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

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

Scaling 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)

Monitoring 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)

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

Komplexeres Beispiel: Crawler für Wikipedia-API 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

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

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

…dann klappts auch mit dem Strom

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

Zur Erinnerung: Deadlock Gleichzeitiger Zugriff auf globale Ressourcen

Threads vs. Aktoren Race Conditions Deadlocks Threads + LocksActors