GO REACTIVE! Applicazione anni 2000 PRINCIPI DI REACTIVE PROGRAMMING Cluster di migliaia di processi multicore Tempi di risposta nell’ordine dei millisec 100% uptime Dati nell’ordine dei Petabyte Accedute da qualsiasi tipo di dispositivo Università degli Studi di Padova Dipartimento di Matematica Corso di Laurea in Informatica, A.A. 2013 – 2014 [email protected] GO REACTIVE! Reactive Application Orientate agli eventi Scalabili "Readily responsive to a stimulus" Resilienti Merriam-Webster Responsive Ingegneria del software mod. B Riccardo Cardin react to events La natura event-driven abilita alle altre qualità react to load La scalabilità non deve dipendere da risorse condivise react to failure Sistemi resilienti permettono di recuperare errori a tutti i livelli react to users I tempi di risposta non devono dipendere dal carico di lavoro • Real-time, engaging, reach, collaborative • Nessuna latenza nelle risposte • Nessun redesing per ottenere la scalabilità • Scalabilità on-demand • Risk-management Ingegneria del software mod. B 2 REACTIVE MANIFESTO Nuovi requisiti richiedono nuove tecnologie Applicazione moderne (≥ 2010) INGEGNERIA DEL SOFTWARE Decine di server Tempi di risposta nell’ordine dei secondi Ore di downtime per manutenzione Dati nell’ordine dei Gigabyte Accedute da dispositivi desktop responsive scalable resilient event-driven 3 Riccardo Cardin • Loosely coupled design • Communication orientation • Uso efficiente delle risorse Ingegneria del software mod. B • Downtime è perdita di denaro • Parte del design 4 Riccardo Cardin MODELLO SINCRONO MODELLO SINCRONO Il mondo sincrono è senza futuro... Scarso utilizzo delle feature offerte dai processori moderni Larga diffusione delle architetture multiprocessore Cicli non ottimizzati Scarso parallelismo o gestione difficoltosa Tipico dei linguaggi imperativi e ad oggetti Esempio: recuperare il nome del file più pesante public String getBiggestFile(final File folder) { long maxLength = 0L; String fileName = null; for (final File fileEntry : folder.listFiles()) { if (maxLength < fileEntry.length()) { // Not so efficient fileName = fileEntry.getName(); maxLength = fileEntry.length(); } } return fileName ; } Frequenti operazioni di I/O Il mondo sincrono è senza futuro... // Synchronous world (w/o Future) val session = socialNetwork.createSessionFor("user", credentials) // blocked on method, waiting for results (latency)... session.getFriends() // There are a lot of operation to do!!! :( fileEntry.length() // I/O C, C++, Java, ... ... 5 Tempo totale di attesa Ingegneria del software mod. B Riccardo Cardin MODELLO ASINCRONO Java if (maxLength… // computation Ingegneria del software mod. B CPU poco utilizzata, I/O sovrabbondante 6 Riccardo Cardin MODELLO ASINCRONO Callbacks Funzioni da invocare al termine di una elaborazione Gestione migliore della CPU Ridotti tempi di attesa Callbacks CPU1 CPU2 Più processi gestiscono più richieste CPU3 Asynchronous JavaScript and XML (AJAX) CPU4 var callback = function(){ alert('I was called back asynchronously'); }; Tempo totale di attesa In attesa della risposta, è $.ajax({ possibile continuare type: 'GET', url: 'http://example.com', l’elaborazione (rendering done: callback, // positive case fail: anotherCallback // negative case }); Linguaggi o framework che gestiscano l’elaborazione asincrona e concorrente Ma...c’è sempre un ma... UI) 7 jQuery Ingegneria del software mod. B I/O è ancora presente, ma viene distribuito sull’elaborazione di più CPU Riccardo Cardin Node.js, jQuery, ... Ingegneria del software mod. B 8 Riccardo Cardin module.exports = function (dir, cb) { fs.readdir(dir, function (er, files) { if (er) return cb(er) var counter = files.length var errored = false var stats = [] MODELLO ASINCRONO Callbacks...HELL!!! Difficile gestire le eccezioni con blocchi try/catch files.forEach(function (file, index) { fs.stat(path.join(dir,file), function (er, stat) { if (errored) return if (er) { Innesto callback per gestire errored = true return cb(er) i flussi degli eventi } stats[index] = stat if (--counter == 0) { var largest = stats .filter(function (stat) { return stat.isFile() }) .reduce(function (prev, next) { // [6] if (prev.size > next.size) return prev return next }) cb(null, files[stats.indexOf(largest)]) } }) // [1] Difficile da verificare }) // [2] e manutenere }) // [3] 9 } Ingegneria del software mod. B Riccardo Cardin FUTURES E PROMISES node.js Ingegneria del software mod. B Tecnica per eseguire molte operazioni in parallelo, in modo efficiente e non-blocking Monad Rappresenta un contesto di esecuzione (framework) Stile dichiarativo Immutabile Componibili Implementano meccanismi per la gestione delle eccezioni // With Futures (asynchronous world) val session = socialNetwork.createSessionFor("user", credentials) // Create placeholder for computation val f: Future[List[Friend]] = future { session.getFriends() } // Statements here can be executed, while waiting for results :) scala Ingegneria del software mod. B Amplificatore di tipi, computation builder Può racchiudere un tipo public class Monad<T> { public Monad(T t) { /* ... */ } } Rappresenta un segnaposto per un risultato futuro Riccardo Cardin FUTURES E PROMISES Futures 10 È componibile con altre monadi Composizione (a.k.a. concatenazione) sul tipo racchiuso public class Monad<T> { public abstract <V> Monad<V> bind(Function<T, Monad<V>> f); } 11 Riccardo Cardin Spesso permette di estrarre il valore del tipo contenuto Caratteristica dei linguaggi funzionali Ingegneria del software mod. B 12 Riccardo Cardin FUTURES E PROMISES FUTURES E PROMISES Monad È simile ad una bolla! Può racciudere qualcosa Future[T] è una monad È qualcosa di non concreto Può evaporare, lasciando libero il contenuto 13 Può ricevere istruzioni su cosa fare del contenuto Riccardo Cardin FUTURES E PROMISES Promise[T] Non più callback hell!!! Si riporta il modello asincrono al modello sincrono Se un future nella catena fallisce, fallisce l’intera catena 15 scala Riccardo Cardin 14 scala Riccardo Cardin Valore che rappresenta l’elaborazione Single-assigment container (monad) / proxy Ingegneria del software mod. B Ingegneria del software mod. B Composizione funzionale di più elaborazioni // First future execution val rateQuote = future { connection.getCurrentValue(USD) } // Bind second execution to first val purchase = rateQuote map { quote => if (isProfitable(quote)) connection.buy(amount, quote) else throw new Exception("not profitable") } // Get final result purchase onSuccess { case _ => println("Purchased " + amount + " USD") } import scala.util.{Success, Failure} // Asynchronous execution inside future context val f: Future[List[String]] = future { session.getRecentPosts } posts è il risulato // Do something else... f onComplete { dell’elaborazione // onSuccess case Success(posts) => for (post <- posts) println(post) // onFailure case Failure(t) => println("An error has occured: " + t.getMessage) } FUTURES E PROMISES Future[T] è una monad Successfully completed / Failed with an exception Eventual execution: nessun vincolo temporale t è un’eccezione Ingegneria del software mod. B Racchiudono l’elaborazione da eseguire in modo asincrono (callback) Un Future legge il risultato di un’elaborazione asincrona Una Promise scrive (completa) un Future scala promise[T] val p = // Future that is completed by the promise val f = p.future val consumer = future { startDoingSomething() f onSuccess { case r => doSomethingWithResult() } } val producer = future { val r = produceSomething() p success r // Promise completes the Future // It should be ‘p failure exception’ also continueDoingSomethingUnrelated() } Ingegneria del software mod. B r produceSomething startDoingSomething doSomethingWithResult 16 Riccardo Cardin FUTURES E PROMISES FUTURES E PROMISES Javascript promises (Q library) Promise e future sono fusi nelle medesime strutture A Future that may be explicitly completed (setting its value and status), and may include dependent functions and actions that trigger upon its completion. promiseMeSomething() // value is the return value of promiseMeSomething .then(function (value) { // Do something as soon as promiseMeSomething finishes }, // Something went wrong, reason is an exception then ritona una function (reason) { promise, quindi è }); Promise stile Scala Q Deferreds Ingegneria del software mod. B Javadoc di completare una promise. concatenabile 17 Riccardo Cardin REACTIVE EXTENSIONS (RX) di Scala Ingegneria del software mod. B Observables (RxJava) Iterable (pull) Observable (push) T next() onNext(T) Iterable<T> getData() Discover error throws Exception onError(Exception) Observable<T> getData Complete returns onCompleted() T getData() Asynchronous Future<T> getData() Estensione del design pattern Observer Utilizzo di operatori di composizione (monads!) public static void hello(String... names) { Observable.from(names).subscribe(new Action1<String>() { @Override public void call(String s) { System.out.println("Hello " + s + "!"); } }); } // hello("Ben", "George"); Hello Ben! Hello George! 18 Riccardo Cardin Retrieve data Synchronous Ingegneria del software mod. B thenApply è simile a map Event Multiple items CompletableFuture.get() // f1 is a promise that will completed with an Integer value CompletableFuture<Double> f3 = f1.thenApply(Integer::parseInt).thenApply(r -> r * r * Math.PI). exceptionally(ex -> "We have a problem: " + ex.getMessage()); Observable sequences Single items Composizione (future stile Scala) Effettua l’override del metodo REACTIVE EXTENSIONS (RX) Gestione sequenze di valori in modo asincrono Creazione (usando le lambda extension) final CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { //...long running... return "42"; }, executor); concatenabile var deferred = Q.defer(); FS.readFile("foo.txt", "utf-8", function (error, text) { if (error) { deferred.reject(new Error(error)); } else { deferred.resolve(text); } }); Deferred permette return deferred.promise; Java 8 promises: CompletableFuture<T> 19 Riccardo Cardin Aggiunta al pattern GoF getVideos().subscribe(new Observer<Video>() { def void onNext(Video video) { // Invoked on next element println(“Video: ” + video.videoId) } def void onError(Exception e) { // Invoked on error e.printStackTrace() } def void onCompleted() { // Invoked when stream finishes to emit println(“Completed”) } } Ingegneria del software mod. B 20 Riccardo Cardin REACTIVE EXTENSIONS (RX) REACTIVE EXTENSIONS (RX) Observables (RxJava) Composizione Observables Monads Componibili Mantengono la proprietà di asincronia originaria 21 Ingegneria del software mod. B Riccardo Cardin ACTOR MODEL 22 Ingegneria del software mod. B ACTOR MODEL Each actor is a form of reactive object, executing some computation in response to a message and sending out a reply when the computation is done Messaggi (task) Interfaccia di comunicazione dell’attore Elaborazione dei messaggi uno per volta John C. Mitchell Elaborazioni solo in risposta a stimoli esterni Reactive Riccardo Cardin Dormiente / attivo Non c’è un concetto esplicito di thread Invio di un messaggio async a se stesso o altro attore Creazione nuovi attori Modifica del proprio comportamento Coda di messaggi (mail box) Nessuna garanzia sull’ordine di arrivo Mail system Composti di tre parti Tre azioni fondamentali Variare nel tempo (comportamento) Ogni attore ha associato un mail address Nessuno stato interno (...in teoria...) Immutabili Ingegneria del software mod. B tag 23 Riccardo Cardin target operazione Ingegneria del software mod. B data email address del receiver 24 Riccardo Cardin ACTOR MODEL ACTOR MODEL Esempio Ad ogni cambio di stato viene creato un nuovo attore State change: no race conditions Behavioural change Akka Toolkit e runtime che implementano attori su JVM Get_min Min|1 Insert|2 A1:[1, 2, 4, 7] A1:[1, 4, 7] A1:[2, 4, 7] 25 26 (c) http://akka.io Ingegneria del software mod. B Riccardo Cardin AKKA Ingegneria del software mod. B AKKA scala type Receive = PartialFunction[Any, Unit] trait Actor { def receive: Receive // Actor actual behaviour implicit val self: ActorRef // Reference to itself def sender: ActorRef // Reference to the sender of last message implicit val context: ActorContext // Execution context } abstract class ActorRef { // Send primitives def !(msg: Any)(implicit sender: ActorRef = Actor.noSender): Unit def tell(msg: Any, sender: ActorRef) = this.!(msg)(sender) // ... } trait ActorContext { // Change behaviour of an Actor def become(behavior: Receive, discardOld: Boolean = true): Unit def unbecome(): Unit // Create a new Actor def actorOf(p: Props, name: String): ActorRef def stop(a: ActorRef): Unit // Stop an Actor // ... } Ingegneria del software mod. B Riccardo Cardin Esempio Implementazione di un contatore con gli attori class Counter extends Actor { // State == explicit behaviour def counter(n: Int): Receive = { // Receive two types of messages: ‘incr’ and ‘get’ // ‘incr’ change actor’s behaviour case ”incr” => context.become(counter(n + 1)) // ‘get’ returns current counter value to sender case ”get” => sender ! n } def receive = counter(0) // Default behaviour } a!incr 27 Riccardo Cardin a!incr a:[0] Ingegneria del software mod. B a!get a:[1] È possibile modellare anche stati interni scala sender!2 a:[2] 28 Riccardo Cardin AKKA Resilienza Error flow sup sub1 AKKA sub2 sub1.1 Supervisor Actor lifecycle Contenimento e riposte automatiche agli errori An actor Gli attori in errore vengono terminati o riavviati La decisione è presa da un attore supervisore Gli attori con supervisione formano una struttura ad albero Il supervisore crea i suoi subordinati new Actor preStart class Manager extends Actor { // OneForOneStrategy restarts only actor which died override val supervisorStrategy = OneForOneStrategy() { case _: DBException => Restart // reconnect to DB case _: ActorKilledException => Stop case _: ServiceDownException => Escalate } // ... context.actorOf(Props[DBActor], ”db”) // ... } Start Le fasi di riavvio possono essere molteplici fail Restart preStart new Actor ActorRef rimane valido tra un riavvio e l’altro stop Stop 29 30 postStop Ingegneria del software mod. B Riccardo Cardin BIBLIOGRAFIA Riccardo Cardin BIBLIOGRAFIA The Reactive Manifesto http://www.reactivemanifesto.org/ Promises in Node.js with Q – An Alternative to Callbacks http://strongloop.com/strongblog/promises-in-node-js-withq-an-alternative-to-callbacks/ The Reactive Extensions (Rx) http://msdn.microsoft.com/enus/data/gg577609.aspx Futures and Promises http://docs.scalalang.org/overviews/core/futures.html Java concurrency (multi-threading) http://www.vogella.com/tutorials/JavaConcurrency/article.h tml#futures Java 8: Definitive guide to CompletableFuture http://nurkiewicz.blogspot.it/2013/05/java-8-definitiveguide-to.html Taming asynchronous programming http://eamodeorubio.github.io/tamingasync/#/ Ingegneria del software mod. B Ingegneria del software mod. B 31 Riccardo Cardin Monadic futures in Java 8 http://zeroturnaround.com/rebellabs/monadic-futures-injava8/ Monads http://ericlippert.com/category/monads/ Callback Hell http://callbackhell.com/ CompletableFuture http://www.slideshare.net/kojilin/completable-future RxJava Wiki https://github.com/Netflix/RxJava/wiki Functional Reactive Programming with RxJava https://speakerdeck.com/benjchristensen/functionalreactive-programming-with-rxjava-javaone-2013 Principle of Reactive Programming https://class.coursera.org/reactive-001 Actors http://doc.akka.io/docs/akka/snapshot/scala/actors.html Ingegneria del software mod. B 32 Riccardo Cardin
© Copyright 2024 ExpyDoc
