jueves, 1 de mayo de 2014

Manejar la concurrencia con Actores.


El modelo de actores que fue propuesto por primera vez por Carl Hewitt en 1973; es un modelo de concurrencia computacional que al igual que los hilos, trata de solucionar el problema de la concurrencia.

En el modelo de actores, cada objeto es un actor. Esta es una entidad que tiene una cola de mensajes o buzón y un comportamiento. Los mensajes pueden ser intercambiados entre los actores y se almacenan en el buzón. Al recibir un mensaje, el comportamiento del actor se ejecuta. El actor puede : enviar una serie de mensajes a otros actores, crear una serie de actores y asumir un nuevo comportamiento para el próximo mensaje.

La importancia en este modelo es que todas las comunicaciones se llevan a cabo de forma asincrónica. Esto implica que el remitente no espera a que un mensaje sea recibido en el momento que lo envío, solo sigue su ejecución.

Una segunda característica importante es que todas las comunicaciones se producen por medio de mensajes: no hay un estado compartido entre los actores. Si un actor desea obtener información sobre el estado interno de otro actor, se tendrá que utilizar mensajes para solicitar esta información. Esto permite a los actores controlar el acceso a su estado, evitando problemas.

Erlang es un lenguaje de programación concurrente y un sistema de ejecución que incluye una máquina virtual y bibliotecas. Fue diseñado en la compañía Ericsson para realizar aplicaciones distribuidas, tolerantes a fallos y de funcionamiento ininterrumpido. Originalmente, Erlang era un lenguaje propietario de Ericsson, pero fue cedido como software de código abierto en 1998. La implementación de Ericsson es, principalmente interpretada pero también incluye un compilador HiPE (sólo soportado en algunas plataformas).

Entre los mayores logros de la plataforma podemos destacar que el chat de facebook y la base documental CouchDB.

Sin dudas una cosa que hace muy especial de Erlang es como maneja la concurrencia. Erlang no maneja la concurrencia con hilos como nos tiene acostumbrado C, C++ o Java. Erlang soluciona la programación concurrente mediante el modelo de actores.

En Erlang los procesos o actores:

  • Son rápidos de crear y destruir.
  • El envío de mensajes entre procesos es muy rápido.
  • Es fácil mantener un gran número de procesos.
  • Son ligeros.
  • Son independientes y no comparten memoria.
  • Sólo un proceso tratará un mensaje pasado, en ningún caso pasará por otro proceso.


Parece complicado, pero no lo es. Con un ejemplo vamos a aclarar el tema. Supongamos que queremos hacer un actor saludador, pero no muy simpático; que salude solo a los conocidos; en erlang sería así:

-module(saludador).
-export([loop/0]).
loop() ->
receive
% Saluda a un conocido
"conocido" ->
io:format("Hola!! " ),
loop();
% Un desconocido, no lo saluda
_ ->
io:format(" ... " ),
loop()
end.

En la primera línea declaramos el modulo; luego importamos la función loop, con la cual definimos una función vacía e iteramos para siempre. Con receive recibimos un mensaje, es similar al swich, espera a recibir un mensaje y al recibir un mensaje ejecuta la estructura de código que corresponde al mensaje enviado y el “_” es como el default del swich en c, c++ o java.

Primero compilamos, para esto vamos a guardar nuestro saludador en el fichero saludador.erl y luego en la consola de Erlang escribimos:

1> c(saludador).
{ok,saludador}

Con spawn se puede generar un proceso, spawn nos devolverá el PID del proceso, que nos servirá para enviarle mensajes.

2> Pid = spawn(fun saludador:loop/0).
<0.38.0>

Ahora le vamos a mandar un mensaje:

4> Pid ! "conocido".
Hola!! "conocido"

5> Pid ! "Pepe".
... "Pepe"

Como era de esperar solo dice hola a los conocidos. Con el operador ! enviamos mensajes a un actor a partir de su Pid.

Éste es un pequeño ejemplo de manejo de concurrencia en erlang. La forma en que maneja la concurrencia Scala fue inspirada en Erlang.

Scala implementa el modelo de actores similar a Erlang, veamos un poco de código:

import scala.actors.Actor

class Saludador extends Actor  {
  
  def act() = {
        while (true) {
            receive {
                case "conocido" =>
                    println("Hola!")
                case _ =>
                    println("...")
            }
        }
    }

}

object ActorsTest extends App {

  val saludador = new Saludador
  saludador.start()
  
  saludador ! "otro"
  saludador ! "conocido"
}

Akka es un framework java que nos brinda este modelo en el lenguaje java. Permitiéndonos manejar la concurrencia de forma más simple como lo hace scala o erlang.

Veamos un ejemplo:

import akka.actor.Props;
import akka.actor.UntypedActor;
import akka.actor.ActorRef;

public class HelloWorld extends UntypedActor {

  @Override
  public void preStart() {
    // create the greeter actor
    final ActorRef greeter = getContext().actorOf(Props.create(Greeter.class), "greeter");
    // tell it to perform the greeting
    greeter.tell(Greeter.Msg.GREET, getSelf());
  }

  @Override
  public void onReceive(Object msg) {
    if (msg == Greeter.Msg.DONE) {
      // when the greeter is done, stop this actor and with it the application
      getContext().stop(getSelf());
    } else
      unhandled(msg);
  }
}

Como podemos ver en ejemplo podemos hacer un manejo de actores de forma remota. Akka es tolerable a fallos dado que fue concedido con tecnología Let it crash/Embrace failure. Akka es de código abierto y está disponible bajo la licencia Apache 2. A la vez está basado en scala y provee una Api para este lenguaje.

Akka tiene integración con Spring, soporta OSGI, se integra con Apache Camel y la última versión soporta Java 8. ¡Solo falta que cocine y lave la ropa!

Desarrollar aplicaciones concurrentes puede ser un dolor de cabeza. Por este motivo nació el modelo de actores, para simplificar el desarrollo concurrente.