共享内存 & Actor并发模型到底哪个快？

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本文转载自微信公众号「精益码农」，作者有态度的马甲。转载本文请联系精益码农公众号。

先说结论

1.首先两者对于并发的风格模型不一样。

共享内存利用多核CPU的优势，使用强一致的锁机制控制并发， 各种锁交织，稍不注意可能出现死锁，更适合熟手。

Actor模型易于控制和管理，以消息触发、流水线挨个处理，天然分布式，思路清晰。

2.真要说性能，求100_000 以内的素数的个数]场景 & 电脑8c 16g的配置

• 2.1 理论上如果以默认的Actor并发模型来做这个事情，共享内存模型是优于Actor模型的;
• 2.2 上文中我对于Actor做了多线程优化，Actor模型性能慢慢追上来了。

下面请听我唠嗑。

默认Actor模型

计算[100_000内素数的个数]， 分为两步：

(1) 迭代判断当前数字是不是素数

(2) 如果是素数，执行sum++

完成以上两步，共享内存模型均能充分利用CPU多核心。

Actor模型：与TPL中的原语不同，TPL Datflow中的所有块默认是单线程的，这就意味着完成以上两步的TransfromBlock和ActionBlock都是以一个线程挨个处理消息数据 (这也是Dataflow的设计初衷，形成清晰单纯的流水线)。

猜测此时：共享内存相比默认的Actor模型更具优势。

使用NUnit做单元测试，数据量从小到大: 10_000,50_000,100_000,200_000,300_000,500_000

using NUnit.Framework; 
using System; 
using System.Threading.Tasks; 
using System.Collections.Generic; 
using System.Threading; 
using System.Threading.Tasks.Dataflow; 
 
namespace TestProject2 
{ 
    public class Tests 
    { 
        [TestCase(10_000)] 
        [TestCase(50_000)] 
        [TestCase(100_000)] 
        [TestCase(200_000)] 
        [TestCase(300_000)] 
        [TestCase(500_000)] 
        public void ShareMemory(int num) 
        { 
            var sum = 0; 
            Parallel.For(1, num + 1, (x, state) => 
            { 
                var f = true; 
                if (x == 1) 
                    f = false; 
                for (int i = 2; i <= x / 2; i++) 
                { 
                    if (x % i == 0)  // 被[2,x/2]任一数字整除，就不是质数 
                        f = false; 
                } 
                if (f == true) 
                { 
                    Interlocked.Increment(ref sum);// 共享了sum对象，“++”就是调用sum对象的成员方法 
                } 
            }); 
            Console.WriteLine($"1-{num}内质数的个数是{sum}"); 
        } 
 
        [TestCase(10_000)] 
        [TestCase(50_000)] 
        [TestCase(100_000)] 
        [TestCase(200_000)] 
        [TestCase(300_000)] 
        [TestCase(500_000)] 
        public async Task Actor(int num) 
        { 
            var linkOptions = new DataflowLinkOptions { PropagateCompletion = true }; 
            var bufferBlock = new BufferBlock<int>(); 
            var transfromBlock = new TransformBlock<int, bool>(x => 
            { 
                var f = true; 
                if (x == 1) 
                    f = false; 
                for (int i = 2; i <= x / 2; i++) 
                { 
                    if (x % i == 0)  // 被[2,x/2]任一数字整除，就不是质数 
                        f = false; 
                } 
                return f; 
            }, new ExecutionDataflowBlockOptions { EnsureOrdered = false }); 
 
            var sum = 0; 
            var actionBlock = new ActionBlock<bool>(x => 
            { 
                if (x == true) 
                    sum++; 
            }, new ExecutionDataflowBlockOptions {  EnsureOrdered = false }); 
            transfromBlock.LinkTo(actionBlock, linkOptions); 
            // 准备从pipeline头部开始投递 
            try 
            { 
                var list = new List<int> { }; 
                for (int i = 1; i <= num; i++) 
                { 
                    var b = await transfromBlock.SendAsync(i); 
                    if (b == false) 
                    { 
                        list.Add(i); 
                    } 
                } 
                if (list.Count > 0) 
                { 
                    Console.WriteLine($"md，num post failure，num:{list.Count},post again"); 
                    // 再投一次 
                    foreach (var item in list) 
                    { 
                        transfromBlock.Post(item); 
                    } 
                } 
                transfromBlock.Complete();  // 通知头部，不再投递了; 会将信息传递到下游。 
                actionBlock.Completion.Wait();  // 等待尾部执行完 
                Console.WriteLine($"1-{num} Prime number include {sum}"); 
            } 
            catch (Exception ex) 
            { 
                Console.WriteLine($"1-{num} cause exception.",ex); 
            }    
        } 
    } 
} 

测试结果如下：

测试结果印证我说的结论2.1

优化后的Actor模型

那后面我对Actor做了什么优化呢? 能产生下图的2.2结论。

请重新回看《三分钟掌握共享内存 & Actor并发模型》 TransfromBlock 块的细节：

var transfromBlock = new TransformBlock<int, bool>(x => 
    { 
          var f = true; 
          if (x == 1) 
             f = false; 
          for (int i = 2; i <= x / 2; i++) 
          { 
                if (x % i == 0)  // 被[2,x/2]任一数字整除，就不是质数 
                   f = false; 
           } 
           return f; 
     }, new ExecutionDataflowBlockOptions { MaxDegreeOfParallelism=50, EnsureOrdered = false }); // 这里开启多线程并发 

上面说到默认的Actor是以单线程处理输入的消息，此次我们对这个TransfromBlock 块设置了MaxDegreeOfParallelism 参数，

这个参数能在Actor中开启多线程并发执行，但是这里面就不能有共享变量(否则你又得加锁)，恰好我们完成 (1) 迭代判断当前数字是不是素数这一步并不依赖共享对象，所以这(1)步开启多线程以后性能与共享内存模型基本没差别。

那为什么总体性能慢慢超过共享内存?

这是因为执行第二步(2) 如果是素数，执行sum++， 共享内存要加/解锁，线程切换; 而Actor单线程挨个处理, 总体上Actor就略胜共享内存模型了。

这里再次强调，Actor模型执行第二步(2) 如果是素数，执行sum++，不可开启MaxDegreeOfParallelism,因为依赖了共享变量sum

结束语

That's All， 感谢.NET圈纪检委@懒得勤快促使我重温了单元测试的写法 & 深度分析Actor模型风格。 

请大家仔细对比结论和上图，脱离场景和硬件环境谈性能就是耍流氓，理解不同并发模型的风格和能力是关键， 针对场景和未来的拓展性、可维护性、可操作性做技术选型 。