.NET分布式Orleans - 2 - Grain的通信原理与定义

Grain 是 Orleans 框架中的基本单元，代表了应用程序中的一个实体或者一个计算单元。

每个Silo都是一个独立的进程，Silo负责加载、管理和执行Grain实例，并处理来自客户端的请求以及与其他Silo之间的通信。

通信原理

在相同的Silo中，Grain与Grain之间的通信通过直接的方法调用实现。每个Silo都维护了一个Grain的运行时环境，当一个Grain需要调用另一个Grain时，它可以直接调用目标Grain的方法，无需经过网络传输，示意图如下所示：

在不同的Silo中，Grain与Grain之间的通信需要通过消息传递的方式实现。当一个Grain需要与另一个Silo中的Grain通信时，它会将消息发送给目标Grain所在的Silo，目标Silo接收到消息后，将其路由到目标Grain，然后目标Grain处理消息并返回结果。示意图如下所示：

外部客户端与Silo之间的通信是通过网络消息传输实现的。客户端需要使用Orleans提供的客户端库与Silo建立连接，并发送请求消息到目标Silo，目标Silo接收到消息后，进行处理并返回结果。在Orleans中，客户端与Silo之间的通信使用了一种名为Orleans Messaging Protocol (OMP)的自定义协议，用于保证通信的可靠性和效率。示意图如下所示：

内置端口

默认情况下，Orleans 将侦听端口 11111 用于silo之间通信，在端口 30000 上进行客户端到接收器通信。可以通过以下方式设置这些端口

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);
})

在内部，silo 将侦听 0.0.0.0:40000 和 0.0.0.0:50000，但在持久化提供程序中发布的值将是 172.16.0.42:11111 和 172.16.0.42:30000

GrainKey类型

在 Orleans 中，可以使用不同类型的键来标识 Grain。下面是几种常用的 GrainKey 接口：

• IGrainWithStringKey: 使用字符串作为键的接口。适用于需要以字符串形式标识的场景，比如用户名称、订单号等。
• IGrainWithGuidKey: 使用 Guid 作为键的接口。适用于需要全局唯一标识的场景，比如唯一的实体对象、全局唯一的标识符等。
• IGrainWithIntegerKey: 使用整数作为键的接口。适用于需要连续递增或递减的序列标识的场景，比如自增主键、序列号等。
• IGrainWithGuidCompoundKey: 使用复合的 Guid 作为键的接口。
• IGrainWithIntegerCompoundKey: 使用复合的整数作为键的接口。
• IGrainWithGuidCompoundKey: 使用复合的字符串作为键的接口。

下面是使用 IGrainWithStringKey 定义的 IPlayerGrain 接口，并为其增加了买装备的动作，并将买完的装备保存至内存中：

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);

        // 在激活时从持久化状态中加载数据
        await _ownedEquipments.ReadStateAsync();
        if (_ownedEquipments.State == null)
        {
            _ownedEquipments.State = new List<string>();
            await _ownedEquipments.WriteStateAsync(); // 将空列表持久化到存储中
        }
    }

    public async Task BuyEquipment(string equipmentName)
    {
        _ownedEquipments.State.Add(equipmentName);
        await _ownedEquipments.WriteStateAsync(); // 将更新后的装备列表持久化到存储中
    }

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

调用时使用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 都是用于创建和获取 Grains 的接口，但它们的作用和使用场景略有不同。

IGrainFactory:

IGrainFactory 是 Orleans 用于集群中创建 Grains 的工厂接口。 它通常用于在 Orleans Silo 或者 Orleans Client 中创建 Grains 实例。

• 在 Silo 中，您可以通过依赖注入或者直接实例化一个 IGrainFactory 对象来创建 Grains。
• 在 Silo 外部，比如 Orleans Client 中，您也可以通过依赖注入或者直接实例化一个 IGrainFactory 对象来创建 Grains。

// 通过依赖注入或直接实例化一个 IGrainFactory 对象
IGrainFactory grainFactory = serviceProvider.GetRequiredService<IGrainFactory>();
var grain = grainFactory.GetGrain<IMyGrain>(grainId);

IClusterClient:

IClusterClient 是 Orleans 中用于与 Orleans 集群进行通信的客户端接口。 它通常在 Orleans Client 中使用，用于与 Orleans Silo 进行通信，以调用 Grains 的方法或者获取 Grains 的引用。

IClusterClient 是 IGrainFactory 的一个超集，除了可以创建 Grains，还可以执行其他集群相关的操作，比如管理 Silo 的生命周期、订阅集群中的事件等。

// 通过依赖注入或直接实例化一个 IClusterClient 对象
IClusterClient clusterClient = serviceProvider.GetRequiredService<IClusterClient>();
var grain = clusterClient.GetGrain<IMyGrain>(grainId);

总的来说，IGrainFactory 主要用于在应用程序内部直接创建 Grains，而 IClusterClient 则更适合用于外部Client与 Orleans 集群进行通信，包括创建 Grains 和执行其他集群操作。