C++ - 헤더 파일로 만드는 actor 모델 라이브러리

원문

C++의 표준 라이브러리로만 구현(thread, chrono, mutex, atomic, queue)
성능보다 구성 요소의 작음을 우선
소스

actor 모델?

actor 모델은 병렬 계산의 수학적 모델의 일종이다.

병렬 처리 지향이라는 Erlang과 함수형 언어 Scala에서도 사용되고 있다.

어떤 actor 객체는 동시에 하나의(스레드, 프로세스, PC)상에서 동작한다.
actor들은 메시지에 의한 비동기 통신을 실시한다.
actor는 개별적으로 메시지 박스를 갖고 있다.
액터는 메시지의 송수신으로만 다른 actor와 데이터 교환을 실시한다.

actor 모델은 무엇이 좋을까?

액터의 받은 메시지에 대한 처리는 순차적으로 기재할 수 있다.(메시지 박스에 대한 데이터 입출력부 등은 동기 처리가 필요하지만 쉽게 은폐할 수 있다)
동기 처리에 의한 불필요한 대기 시간을 줄일 수 있다.
lock을 거의 쓰지 않으므로 교착 상태 걱정이 없다.
메시지 이외의 입력이 없어서 처리를 파악하기 쉽다.

MiniActor

actor 모델에 기초한 프로그램을 실현하기 위해서 작성한 싱글 헤더 라이브러리이다.

VC2015, GCC4.8.1, clang3.4에서 동작 확인.

할 수 있는 것

C++ 표준 라이브러리만 사용해서 다른 외부 라이브러리를 이용하지 않는다
스레드 단위의 actor 동작
임의의 타입에 의한 메시지 송수신(Template 인수에 의한 메시지 타입 지정)
스레드를 멈추지 않는 메세지 송수신(GUI 스레드 등에서 이용)
Two-Phase Termination(스레드 중단 → 객체 파기)

할수 없는 것

고속 처리(성능보다 읽기 쉬움을 중시)
많은 actor를 만드는 것(OS의 쓰레드 수에 의존)
고도의 예외 처리(예외에 대해서는 거의 아무런 고려가 없다)

사용법

MiniActor의 사용법의 예이다.

Example01:문자열을 보내기

문자열을 받고 표준 출력으로 출력하는 actor(EchoActor)의 예이다.

MiniActor::Actor를 계승한 액터 클래스를 정의한다. 이 경우 템플릿 매개 변수에는 메시지의 타입을 지정한다.
받은 메시지의 처리 내용은 process_message 함수에 정의한다.
actor에 메시지를 보내려면 send 함수를 이용한다.
actor를 정지할 때는 halt 함수를 사용한다. actor는 종료 상태로 되고, 메시지 처리를 종료하고 자신의 스레드를 정지한다.

include <iostream>
#include <string>

#include <MiniActor.hpp>

struct EchoActor : public MiniActor::Actor<std::string>
{
    void process_message(const Message& msg)
    {
        std::cout << "received message: " << msg << std::endl;
    }
};

int main()
{
    EchoActor actor;
    actor.send("Test");
    actor.send("Hello");
    actor.send("World");

    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));

    actor.halt();

    return 0;
}

Example02:actor끼리 통신

2개의 actor가 각각 받은 값을 증가하고 상대측에 돌려주는 예이다.

#include <iostream>
#include <string>

#include <MiniActor.hpp>

struct CountActor;
using SpCountActor = std::shared_ptr<CountActor>;
using WpCountActor = std::weak_ptr<CountActor>;

struct CountActor : public MiniActor::Actor<std::pair<int,WpCountActor> >, std::enable_shared_from_this<CountActor>
{
    void process_message(const Message& msg)
    {
        std::cout << std::this_thread::get_id() << " : " << msg.first << std::endl;

        SpCountActor sp = msg.second.lock();
        if (sp) {
            sp->send(std::make_pair(1 + msg.first, shared_from_this()));
        }
    }
};

int main()
{
    SpCountActor actor1 = std::make_shared<CountActor>();
    SpCountActor actor2 = std::make_shared<CountActor>();

    actor1->send( std::make_pair(0, actor2));

    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));

    actor1->halt();
    actor2->halt();

    return 0;
}

이 글은 2019-05-07에 작성되었습니다.

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