.NET分散式Orleans - 2 - Grain的通訊原理與定義

chester·chen發表於2024-03-24
分散式AI

Grain 是 Orleans 框架中的基本單元，代表了應用程式中的一個實體或者一個計算單元。

每個Silo都是一個獨立的程序，Silo負責載入、管理和執行Grain例項，並處理來自客戶端的請求以及與其他Silo之間的通訊。

通訊原理

在相同的Silo中，Grain與Grain之間的通訊透過直接的方法呼叫實現。每個Silo都維護了一個Grain的執行時環境，當一個Grain需要呼叫另一個Grain時，它可以直接呼叫目標Grain的方法，無需經過網路傳輸，示意圖如下所示：

在不同的Silo中，Grain與Grain之間的通訊需要透過訊息傳遞的方式實現。當一個Grain需要與另一個Silo中的Grain通訊時，它會將訊息傳送給目標Grain所在的Silo，目標Silo接收到訊息後，將其路由到目標Grain，然後目標Grain處理訊息並返回結果。示意圖如下所示：

外部客戶端與Silo之間的通訊是透過網路訊息傳輸實現的。客戶端需要使用Orleans提供的客戶端庫與Silo建立連線，併傳送請求訊息到目標Silo，目標Silo接收到訊息後，進行處理並返回結果。在Orleans中，客戶端與Silo之間的通訊使用了一種名為Orleans Messaging Protocol (OMP)的自定義協議，用於保證通訊的可靠性和效率。示意圖如下所示：

內建埠

預設情況下，Orleans 將偵聽埠 11111 用於silo之間通訊，在埠 30000 上進行客戶端到接收器通訊。可以透過以下方式設定這些埠

siloBuilder.Configure<EndpointOptions>(options =>
{
    // Port to use for silo-to-silo
    options.SiloPort = 11_111;
    // Port to use for the gateway
    options.GatewayPort = 30_000;
    // IP Address to advertise in the cluster
    options.AdvertisedIPAddress = IPAddress.Parse("172.16.0.42");
    // The socket used for client-to-silo will bind to this endpoint
    options.GatewayListeningEndpoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 40_000);
    // The socket used by the gateway will bind to this endpoint
    options.SiloListeningEndpoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 50_000);
})

在內部，silo 將偵聽 0.0.0.0:40000 和 0.0.0.0:50000，但在持久化提供程式中釋出的值將是 172.16.0.42:11111 和 172.16.0.42:30000

GrainKey型別

在 Orleans 中，可以使用不同型別的鍵來標識 Grain。下面是幾種常用的 GrainKey 介面：

  • IGrainWithStringKey: 使用字串作為鍵的介面。適用於需要以字串形式標識的場景，比如使用者名稱稱、訂單號等。
  • IGrainWithGuidKey: 使用 Guid 作為鍵的介面。適用於需要全域性唯一標識的場景，比如唯一的實體物件、全域性唯一的識別符號等。
  • IGrainWithIntegerKey: 使用整數作為鍵的介面。適用於需要連續遞增或遞減的序列標識的場景，比如自增主鍵、序列號等。
  • IGrainWithGuidCompoundKey: 使用複合的 Guid 作為鍵的介面。
  • IGrainWithIntegerCompoundKey: 使用複合的整數作為鍵的介面。
  • IGrainWithGuidCompoundKey: 使用複合的字串作為鍵的介面。

下面是使用 IGrainWithStringKey 定義的 IPlayerGrain 介面，併為其增加了買裝備的動作，並將買完的裝備儲存至記憶體中：

public interface IPlayerGrain : IGrainWithStringKey
{
    Task BuyEquipment(string equipmentName);
    Task<List<string>> GetOwnedEquipments();
}

public class PlayerGrain : Grain, IPlayerGrain
{
    private IPersistentState<List<string>> _ownedEquipments;

    public PlayerGrain([PersistentState("ownedEquipments", "playerGrainStorage")] IPersistentState<List<string>> ownedEquipments)
    {
        _ownedEquipments = ownedEquipments;
    }


    public async override Task OnActivateAsync(CancellationToken cancellationToken)
    {
        await base.OnActivateAsync(cancellationToken);

        // 在啟用時從持久化狀態中載入資料
        await _ownedEquipments.ReadStateAsync();
        if (_ownedEquipments.State == null)
        {
            _ownedEquipments.State = new List<string>();
            await _ownedEquipments.WriteStateAsync(); // 將空列表持久化到儲存中
        }
    }

    public async Task BuyEquipment(string equipmentName)
    {
        _ownedEquipments.State.Add(equipmentName);
        await _ownedEquipments.WriteStateAsync(); // 將更新後的裝備列表持久化到儲存中
    }

    public Task<List<string>> GetOwnedEquipments()
    {
        return Task.FromResult(_ownedEquipments.State);
    }
}

呼叫時使用IGrainFactory.GetGrain方法即可

var host = Host.CreateDefaultBuilder()
    .ConfigureServices((context, services) =>
    {
        services.AddOrleans(builder =>
        {
            builder
                .UseLocalhostClustering()
                .Configure<ClusterOptions>(options =>
                {
                    options.ClusterId = "dev";
                    options.ServiceId = "OrleansExample";
                })
                .AddMemoryGrainStorage("playerGrainStorage");
        });
    })
    .ConfigureLogging(l => l.AddConsole())
    .Build();

await host.StartAsync();

var client = host.Services.GetRequiredService<IGrainFactory>();

var palyer = client.GetGrain<IPlayerGrain>(Guid.NewGuid().ToString());
await palyer.BuyEquipment("Sword");
(await palyer.GetOwnedEquipments()).ForEach(Console.WriteLine);

IGrainFactory 和 IClusterClient

在 Orleans 中，IGrainFactory 和 IClusterClient 都是用於建立和獲取 Grains 的介面，但它們的作用和使用場景略有不同。

IGrainFactory:

IGrainFactory 是 Orleans 用於叢集中建立 Grains 的工廠介面。 它通常用於在 Orleans Silo 或者 Orleans Client 中建立 Grains 例項。

  • 在 Silo 中，您可以透過依賴注入或者直接例項化一個 IGrainFactory 物件來建立 Grains。
  • 在 Silo 外部，比如 Orleans Client 中，您也可以透過依賴注入或者直接例項化一個 IGrainFactory 物件來建立 Grains。
// 透過依賴注入或直接例項化一個 IGrainFactory 物件
IGrainFactory grainFactory = serviceProvider.GetRequiredService<IGrainFactory>();
var grain = grainFactory.GetGrain<IMyGrain>(grainId);

IClusterClient:

IClusterClient 是 Orleans 中用於與 Orleans 叢集進行通訊的客戶端介面。 它通常在 Orleans Client 中使用，用於與 Orleans Silo 進行通訊，以呼叫 Grains 的方法或者獲取 Grains 的引用。

IClusterClient 是 IGrainFactory 的一個超集，除了可以建立 Grains，還可以執行其他叢集相關的操作，比如管理 Silo 的生命週期、訂閱叢集中的事件等。

// 透過依賴注入或直接例項化一個 IClusterClient 物件
IClusterClient clusterClient = serviceProvider.GetRequiredService<IClusterClient>();
var grain = clusterClient.GetGrain<IMyGrain>(grainId);

總的來說，IGrainFactory 主要用於在應用程式內部直接建立 Grains，而 IClusterClient 則更適合用於外部Client與 Orleans 叢集進行通訊，包括建立 Grains 和執行其他叢集操作。

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