c++如何实现一个简单的Actor模型_c++并发编程新思路-C++-PHP中文网

c++如何实现一个简单的Actor模型_c++并发编程新思路

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发布： 2025-11-30 05:57:29

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Actor模型通过隔离状态、消息驱动和顺序处理实现并发，C++中可借助线程、消息队列和事件循环模拟，每个Actor拥有私有状态并通过异步消息通信，避免数据竞争，示例实现包含Actor基类、消息类型、邮箱和调度机制，支持计数器等简单应用，未来可优化为无锁队列、统一调度、协程集成等。

c++如何实现一个简单的actor模型_c++并发编程新思路

Actor模型是一种处理并发计算的编程范式，每个Actor是独立的执行单元，通过消息传递进行通信，避免共享状态带来的数据竞争问题。在C++中虽然没有原生支持Actor模型，但可以通过线程、消息队列和事件循环来实现一个简单的Actor系统。

基本设计思路

Actor的核心特点是：

每个Actor拥有自己的私有状态，不与其他Actor共享
Actor之间只能通过异步消息通信
每个Actor顺序处理接收到的消息，避免内部竞争

基于这些原则，我们可以用以下组件构建一个简易Actor系统：

Actor基类：提供消息处理接口和运行机制
消息类型：定义可传递的数据结构
邮箱（Mailbox）：每个Actor的私有消息队列
调度器：启动Actor并运行其事件循环

实现一个简单Actor类

#include <thread>
#include <queue>
#include <mutex>
#include <functional>
#include <memory>

// 消息基类
struct Message {
    virtual ~Message() = default;
};

// Actor可接收的消息处理器
using MessageHandler = std::function<void(std::shared_ptr<Message>)>;

class Actor {
private:
    std::queue<std::shared_ptr<Message>> mailbox_;
    std::mutex mtx_;
    bool running_ = false;
    MessageHandler handler_;

public:
    // 设置消息处理函数
    void setHandler(MessageHandler handler) {
        handler_ = std::move(handler);
    }

    // 发送消息到该Actor
    void send(std::shared_ptr<Message> msg) {
        {
            std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx_);
            mailbox_.push(msg);
        }
    }

    // 启动Actor事件循环
    void start() {
        if (running_ || !handler_) return;
        running_ = true;

        std::thread([this]() {
            while (running_) {
                std::shared_ptr<Message> msg = nullptr;
                {
                    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx_);
                    if (!mailbox_.empty()) {
                        msg = mailbox_.front();
                        mailbox_.pop();
                    }
                }

                if (msg && handler_) {
                    handler_(msg);
                } else {
                    std::this_thread::yield(); // 没有消息时让出CPU
                }
            }
        }).detach(); // 分离线程，由系统自动回收
    }

    virtual ~Actor() = default;
};

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使用示例：计数器Actor

下面是一个具体例子，实现一个接收加减指令的计数器Actor：

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创建令人惊叹的3D动画网站，无需编写一行代码。

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struct Increment : Message {};
struct Decrement : Message {};
struct Print : Message {};

#include <iostream>

int main() {
    Actor counter;

    int value = 0;

    counter.setHandler([&value](std::shared_ptr<Message> msg) {
        if (dynamic_cast<Increment*>(msg.get())) {
            ++value;
        } else if (dynamic_cast<Decrement*>(msg.get())) {
            --value;
        } else if (dynamic_cast<Print*>(msg.get())) {
            std::cout << "Current value: " << value << std::endl;
        }
    });

    counter.start();

    // 发送一些消息
    counter.send(std::make_shared<Increment>());
    counter.send(std::make_shared<Increment>());
    counter.send(std::make_shared<Decrement>());
    counter.send(std::make_shared<Print>());

    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100)); // 等待输出

    return 0;
}

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