Akka.NET教程：深入理解设备Actor的实现-优快云博客

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Akka.NET教程：深入理解设备Actor的实现

akka.net Canonical actor model implementation for .NET with local + distributed actors in C# and F#. 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ak/akka.net

前言

在分布式系统开发中，Actor模型提供了一种强大的并发编程范式。本文将基于Akka.NET框架，深入讲解如何实现一个设备(Device)Actor，这是构建物联网(IoT)系统的基础组件。我们将从协议设计、消息传递保证等核心概念出发，逐步构建一个完整的设备Actor实现。

设备Actor的核心职责

设备Actor作为系统中的基础单元，主要承担以下两个核心功能：

温度数据采集：接收并存储温度测量值
温度查询响应：当被查询时，报告最后测量的温度值

Actor协议设计

在面向对象编程中，我们使用接口定义API；而在Actor模型中，我们使用消息协议来定义交互方式。

查询协议设计

初始查询协议设计包含两种消息：

public sealed class ReadTemperature 
{
    public static ReadTemperature Instance = new ReadTemperature();
    private ReadTemperature() { }
}

public sealed class RespondTemperature 
{
    public double? Value { get; }
    public RespondTemperature(double? value) => Value = value;
}

这种设计虽然简单，但缺乏灵活性。我们需要考虑消息传递的可靠性问题。

消息传递的可靠性保证

在分布式系统中，理解消息传递的语义至关重要。Akka.NET提供了以下保证：

消息传递语义

最多一次(At-most-once)：消息可能丢失但不会重复
至少一次(At-least-once)：消息可能重复但不会丢失
恰好一次(Exactly-once)：消息既不丢失也不重复

Akka.NET默认采用最多一次的传递语义，这是出于性能和复杂度的权衡。

为什么没有提供更强的保证？

更强的保证如"恰好一次"需要：

发送端维护状态
接收端去重机制
额外的确认机制

这些都会显著增加系统复杂度和性能开销。更重要的是，框架级别的保证无法理解业务语义，真正的业务保证应该由应用层实现。

消息顺序保证

Akka.NET保证：

同一发送者到同一接收者的消息顺序不变
不同发送者到同一接收者的消息可能交错

改进的查询协议

为了支持更灵活的场景（如超时重试），我们改进协议，增加请求ID：

public sealed class ReadTemperature 
{
    public long RequestId { get; }
    public ReadTemperature(long requestId) => RequestId = requestId;
}

public sealed class RespondTemperature 
{
    public long RequestId { get; }
    public double? Value { get; }
    public RespondTemperature(long requestId, double? value)
    {
        RequestId = requestId;
        Value = value;
    }
}

设备Actor实现

完整实现包含读写功能：

public sealed class Device : UntypedActor 
{
    private double? _lastTemperature;
    private readonly string _deviceId;
    private readonly string _groupId;

    public Device(string groupId, string deviceId) 
    {
        _groupId = groupId;
        _deviceId = deviceId;
    }

    protected override void OnReceive(object message)
    {
        switch (message)
        {
            case RecordTemperature rec:
                _lastTemperature = rec.Value;
                Sender.Tell(new TemperatureRecorded(rec.RequestId));
                break;
            case ReadTemperature read:
                Sender.Tell(new RespondTemperature(read.RequestId, _lastTemperature));
                break;
        }
    }
}

测试验证

使用xUnit框架编写测试用例：

[Fact]
public void Device_should_return_temperature_value()
{
    var probe = CreateTestProbe();
    var device = Sys.ActorOf(Device.Props("group", "device"));
    
    device.Tell(new RecordTemperature(requestId: 1, value: 24.0), probe.Ref);
    probe.ExpectMsg<TemperatureRecorded>(m => m.RequestId == 1);

    device.Tell(new ReadTemperature(requestId: 2), probe.Ref);
    var response = probe.ExpectMsg<RespondTemperature>();
    Assert.Equal(24.0, response.Value);
}