Das Akteurmodell ist ein konzeptioneller und mathematischer Rahmen für den Entwurf und die Implementierung gleichzeitiger, verteilter und fehlertoleranter Systeme, die eine größere Parallelität, Skalierbarkeit und Robustheit in Softwareanwendungen fördern. Es wurde erstmals 1973 von Carl Hewitt formuliert, um die Herausforderungen des parallelen und verteilten Rechnens zu bewältigen. Dieses Paradigma hat sich seitdem zu einem beliebten Ansatz für die Erstellung leistungsstarker und belastbarer Anwendungen über mehrere Domänen hinweg entwickelt, darunter Web-, Mobil- und Backend-Systeme. Mit dem Aufkommen von Multicore-Prozessoren, dem Internet der Dinge (IoT) und Cloud-basierten Computing-Plattformen ist der Bedarf an effizienter und robuster Parallelität in Softwaresystemen dramatisch gestiegen, was die Bedeutung des Akteurmodells in modernen Programmierparadigmen unterstreicht.
Im Akteurmodell werden die Grundbausteine als Akteure bezeichnet. Akteure sind leichte, gleichzeitige Recheneinheiten, die unabhängig voneinander arbeiten und sowohl ihren Zustand als auch ihr Verhalten kapseln. Sie kommunizieren untereinander durch asynchrone Nachrichtenübermittlung, wodurch Sperren und gemeinsam genutzter Speicher überflüssig werden, die in herkömmlichen Modellen der gleichzeitigen Programmierung häufig vorkommen. Jeder Akteur verarbeitet Nachrichten nacheinander, nicht blockierend und ereignisgesteuert, wodurch die Komplexität des Gesamtsystems und die Wahrscheinlichkeit von Deadlocks oder Race Conditions verringert werden.
Um ein System mithilfe des Akteurmodells zu modellieren, müssen Entwickler das Problem in eine Gruppe eigenständiger, voneinander abhängiger Akteure zerlegen. Diese Akteure können hierarchisch organisiert sein, wobei übergeordnete Akteure untergeordnete Akteure hervorbringen und überwachen, um bestimmte Aufgaben parallel zu erledigen. Das resultierende System ist von Natur aus fehlertolerant und anpassungsfähig, da Akteure basierend auf Laufzeitanforderungen oder während der Fehlerbehebung dynamisch erstellt, zerstört und ersetzt werden können.
Die Nachrichtenzustellung im Akteurmodell ist auf Effizienz und Zuverlässigkeit ausgelegt und unterstützt die Semantiken „At most-once“, „at-mindestens-once“ und „exact-once“ basierend auf den Anwendungsanforderungen. Dies ermöglicht es der Software, Teilausfälle wie Netzwerkpartitionen, Knotenabstürze oder Softwarefehler ordnungsgemäß zu bewältigen und gleichzeitig die Verfügbarkeit und Konsistenz des Gesamtsystems aufrechtzuerhalten. Durch die Nutzung der Standorttransparenz können Akteure problemlos über ein Netzwerk verteilt oder migriert werden, was eine horizontale Skalierung und einen dynamischen Lastausgleich erleichtert.
Einer der Hauptvorteile des Akteurmodells besteht darin, dass es Bedenken auf der Ebene einzelner Akteure sauber trennt, was zu einem modulareren, testbareren und wiederverwendbareren Code führt. Die Verwendung unveränderlicher Nachrichten erzwingt eine Disziplin der isolierten Zustandsverwaltung. Daher sind Anwendungen, die mit dem Akteurmodell erstellt wurden, von Natur aus für die Skalierung über mehrere Kerne, Prozessoren oder sogar über eine verteilte Computerumgebung hinweg prädisponiert. Dadurch eignet sich das Actor-Modell gut für moderne Hardware-Architekturen und cloudbasierte Bereitstellungen.
Verschiedene Programmiersprachen haben das Akteurmodell übernommen, indem sie Bibliotheken und Frameworks anbieten, die seine Kernkonzepte kapseln. Beispiele hierfür sind Akka für Scala und Java, Erlang, Pony und Orleans für C#. Diese Frameworks stellen alle notwendigen Abstraktionen und Tools bereit, die zum Erstellen von auf Akteurmodellen basierenden Anwendungen erforderlich sind, z. B. Akteurerstellung, Nachrichtenübermittlung, Standorttransparenz, Überwachungsstrategien und Mechanismen zur Wiederherstellung nach Fehlern. Programmierer können die Leistungsfähigkeit dieser Frameworks nutzen, um die skalierbaren, fehlertoleranten Systeme zu entwerfen und zu implementieren, die ihr Markt erfordert.
Bei AppMaster, der leistungsstarken no-code Plattform für die Erstellung von Backend-, Web- und mobilen Anwendungen, verstehen wir die Bedeutung des Actor-Model-Paradigmas und seine Vorteile für die moderne Softwareentwicklung. Unsere Plattform ermöglicht es Kunden, Datenmodelle, Geschäftsprozesse und Benutzeroberflächen visuell zu entwerfen, die skalierbare, leistungsstarke Anwendungen über verschiedene Domänen hinweg vorantreiben können. Durch die Nutzung des Actor-Modells versetzt AppMaster Kunden grundsätzlich in die Lage, skalierbare und fehlertolerante Softwarelösungen für verschiedene Anwendungsfälle zu erstellen, von kleinen Unternehmen bis hin zu Unternehmensanwendungen. Die generierten Anwendungen nutzen die verfügbaren Hardware- und Cloud-Ressourcen effizient, verbessern die Anwendungsleistung und senken gleichzeitig die Gesamtentwicklungskosten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Akteurmodell ein leistungsstarkes Programmierparadigma ist, das Parallelität, Parallelität und Fehlertoleranz in Softwaresystemen fördert. Durch die Nutzung der Vorteile dieses Modells können Entwickler hoch skalierbare, effiziente und robuste Anwendungen erstellen, die sich an die sich ständig ändernde Landschaft moderner Computerumgebungen anpassen können. Mit der Unterstützung von Plattformen wie AppMaster war es noch nie so einfach, Softwarelösungen zu entwerfen und zu implementieren, die die Leistungsfähigkeit des Actor-Modells nutzen und den anspruchsvollen Anforderungen der heutigen digitalen Welt gerecht werden.
