CN111124392A - 一种提高物联网平台规则引擎高并发能力的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高物联网平台规则引擎高并发能力的方法，步骤一：把物联引擎常用的数据处理动作分为几十种操作，每一个数据处理动作都是原子化的动作，用以称为算子；步骤二：用户把算子拖拽到图形编辑器中，图形编辑器中默认有“流程开始”的起始图元，拖每个算子都有入口和出口，把前一个算子的出口连到后一个算子的入口，就能够表示规则链，再打开算子的配置窗口，设定可配置项；步骤三：工作流编辑器将规则链定义转换成特定格式的文本数据；步骤四：在生产环境中运行步骤三中定义的规则链，规则链定义的“流程开始”通常对应于设备的数据被接入物联引擎。本发明使得规则链的开发复杂度大大降低的同时，还提升了系统健壮性，容错性和高并发能力。
Description
技术领域
本发明属于物联网数据采集分析方法，属于数据解析处理技术领域。
背景技术
随着工业信息化技术的迅速发展，工业设备的接入数量也呈现几何级增长，在工业互联网平台的物联引擎需要完成高并发的数据收集，预处理，并根据业务人员的需求对处理规则灵活调整。物联引擎通过工业标准IT协议（MQTT，CAP和HTTP）实现设备连接，该模块处于设备接入层，需要兼具可扩展性，容错性和高性能。
由于物联引擎接入的设备往往数以千计甚至万计，属于高并发业务系统。传统的面向对象编程（OOP）是一种广泛采用的，为程序员所熟悉的编程模型，但当面对高并发带来的多线程情况下，例如两个线程调用同一个对象的方法时，被调用的对象并不能保证其封装的数据发生了什么。两个调用的方法指令可以任意方式的交织，无法保证共享变量的一致性。在更多线程下，这个问题会更加严重。
解决这个问题的方法通常是通过锁的机制，但这是一个代价非常昂贵的方法，因为锁非常严重的限制并发，而且经常导致死锁。同时，旧的业务处理规则一旦完成，就交付给生产系统，如果对处理流程甚至某个参数进行调整都不方便，需修改配置文件甚至升级软件才能完成，不能适应业务规则灵活多变的应用要求。
综上所述，旧的编程模型并不适用现代的高并发物联引擎，需要一种更好的方式来满足物联引擎的应用场景。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种物联引擎的规则链实现方法。
本发明按以下技术方案实现:
一种提高物联网平台规则引擎高并发能力的方法，该规则链实现方法如下：
步骤一：把物联引擎常用的数据处理动作分为5大类共几十种操作，每一个数据处理动作都是原子化的动作，用以称为算子；
步骤二：用户把算子拖拽到图形编辑器中，图形编辑器中默认有“流程开始”的起始图元，拖每个算子都有入口和出口，把前一个算子的出口连到后一个算子的入口，就能够表示规则链，再打开算子的配置窗口，设定可配置项；
步骤三：工作流编辑器将规则链定义转换成特定格式的文本数据，便于持久化到数据库；
步骤四：在生产环境中运行步骤三中定义的规则链，规则链定义的“流程开始”通常对应于设备的数据被接入物联引擎。
进一步，在步骤四中：规则链的后续流程就是业务人员的数据处理逻辑，当数以千计的设备同时向物联引擎发送消息时，每一个设备消息都会被加入到消息队列中，能够根据消息的处理瓶颈，把某些actor设定为多个以增加并发性，同一个actor实例如果有一个崩溃了，不会影响到其他actor实例。
进一步，在actor模型中，actor能够被认为是一个执行单一功能的单元，它与进程或线程一样都能够工作或者处理任务，也能够把它想象成OOP中的一个对象实例；在OOP中一个对象可以访问或修改另一个对象的属性，也能够直接调用另一个对象的方法。
进一步，Actor模型的基础是消息传递，其自身由状态、行为、邮箱三部分组成。
进一步，Actor的状态指的是Actor对象的变量信息，由于Actor的状态由自身管理， actor的状态不能直接读取或修改，actor的方法不能直接被调用。
进一步，Actor的行为指的是Actor中的计算逻辑，通过Actor接收到的消息来改变Actor的状态。
进一步，Actor的邮箱是actor与actor之间的通信桥梁，邮箱内部通过FIFO消息队列来存储发送方actor消息，接收方actor从邮箱队列中获取消息。
进一步，在步骤一中：算子由图标表示，被布局在一个图形化编辑器里的侧栏，供业务人员拖拽使用；算子可以被拖入编辑器的工作区作为某个特定规则链的特定步骤，每一个算子都有其特有的配置项以具体定义其行为。
进一步，在步骤三中：在编辑器关闭后，规则链的定义信息不会丢失，后续可以重新加载到图形编辑器进行修改，并且先前定义的规则链可以作为一个算子被用于其他规则链中，即规则链允许嵌套。
本发明有益效果：
规则链定义是以数据接入为始，后续进行数据清洗，数据转化，数据计算，条件流转，触发操作等一连串业务动作。这些业务动作是预先抽象出来的通用操作单元，经过图形化的编辑界面体现执行流和控制条件。业务流程的执行原理是采用Actor模式来运行物联引擎的业务流程，这种actor模型比通常的多线程+锁机制运行模型有很多优势，主要是使得规则链的开发复杂度大大降低的同时，还提升了系统健壮性，容错性和高并发能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为物联引擎处理流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明提供一种提高物联网平台规则引擎高并发能力的方法，该规则链实现方如下:
1.抽象出物联引擎规则链的常用操作作为算子
物联引擎作为物联网应用中的常用部件，有大致固定的处理流程和很多可复用的处理动作。图1展示了一个典型的物联引擎处理流程：
以下几类操作（我们称其为算子），可以满足当前大多数流程的需求：
过滤器
一类根据输入条件选择执行路径的算子。假设图1中接入了汽车的行驶速度，则过滤器可以设为满足条件1时（行驶速度大于90km/h）时进行数据处理3（例如进行告警），满足条件2时（行驶速度不高于90km/h）时进行数据处理4（例如只是记录速度值）。过滤器有类似if-else型的是否判断，也支持switch型的多条件过滤。
属性集
一类对元数据进行提取的算子。例如取用户/租户/发送方/设备的特定属性值，特定列。
输入数据中的某属性，设备属性或者租户属性等。
变换
一类提供信息变换的算子。如通过脚本对输入消息进行格式，消息转成邮件格式等。
动作
一类提供特定操作的算子。如产生/取消告警，保存数据入数据库，消息计数，记日志等。
外部通讯
一类提供对外接口的算子，如将消息发送至消息管道，发送至外部云服务器，外部API调用，发送邮件，发送短信等。
2.图形化的规则链编辑环境
本系统提供图形化编辑器来无码化绘制规则链的逻辑。单个算子无法完成有意义的工作，需要指定各节点之间的执行顺序以及不同的流转条件才能形成有实际业务含义的规则链。图形编辑器中默认有“流程开始”的起始图元，拖每个算子都有入口和出口，把前一个算子的出口连到后一个算子的入口，就可以表示规则链。再打开算子的配置窗口，设定可配置项。步骤二的目的是提供工具，来支撑业务处理流程的编辑。
规则引擎的工作是将配置的规则依次应用于设备的上报消息。尽管规则的调用是有顺序的，但是规则执行是异步的且基于Actor模型。这种机制使得来自设备的消息会按照引擎接收到顺序来顺序处理它们。
物联引擎提供图形化的编辑界面便于无码化编辑，把节点之间的连接关系保存到数据库，流程的具体逻辑在系统中得到记录并且可以后续重新调出到编辑界面并修改之。
3.将规则链保存到数据库
工作流编辑器将规则链定义转换成特定格式的文本数据，便于持久化到数据库。这样在编辑器关闭后，规则链的定义信息不会丢失，后续可以重新加载到图形编辑器进行修改，并且先前定义的规则链可以作为一个算子被用于其他规则链中，即规则链允许嵌套。这样规则链可以在后续进行复用，有利于构造复杂的规则链。
4.按Actor模型执行规则链
actor模型是一种软件设计和运行的框架，它非常适合被用在高并发，并行和分布式系统中。
在actor模型中，actor可以被认为是一个执行单一功能的单元，它与进程或线程一样都能够工作或者处理任务，也可以把它想象成OOP（面向对象编程）中的一个对象实例。在OOP中一个对象可以访问或修改另一个对象的属性，也可以直接调用另一个对象的方法。但是当多线程执行时，OOP的方式会带来问题：比如A对象的字段可能被其他线程修改。
Actor模型的基础是消息传递，其自身由状态、行为、邮箱三部分组成。
状态：
Actor的状态指的是Actor对象的变量信息，由于Actor的状态由自身管理，也就是说，actor的状态不能直接读取或修改，actor的方法不能直接被调用，所以能够避免并发环境下的锁和内存原子性等问题。
行为：
行为指的是Actor中的计算逻辑，通过Actor接收到的消息来改变Actor的状态。
邮箱：
邮箱是actor与actor之间的通信桥梁，邮箱内部通过FIFO消息队列来存储发送方actor消息，接收方actor从邮箱队列中获取消息。每个actor都有一个邮箱，该邮箱接收并缓存其他actor发过来的消息，actor一次只能处理一个消息。
actor按次序处理消息，比如发送3个消息给一个actor，它们不会被并发处理。如果希望它们被并发的处理，可以创建3个actor，并分别把消息发送给它们。每个actor都有一个内部队列，这个内部队列被称为邮箱.
采用了Actor模型以后，规则链里的各actor之间并不共享状态，并且单个算子中的所有事件都是串行执行的。关于多设备的并发，只需要关注多个算子之间的信息流即可。对于开发人员来说，也有个重大利好，那就是一旦测试覆盖了某个算子的消息类型和消息顺序是，就可以确定这个算子非常可靠。如果发现了一个与并发相关的bug，也就知道重点应该在算子之间的消息流上。
基于以上优点，采用Actor模型的新的物联引擎具有如下特点：
1.组件异步通讯，不需等待
actor的执行的动作是由消息触发的。actor之间采用异步通讯方式，因此前一个actor发出消息后并不会阻塞就能处理其他事情。
2.强隔离性
Actor跟普通的java对象不一样，actor并不提供public类型的方法供外部调用，所有的一切都是通过消息传递进行的。这样就避免了actor之间的数据共享，也不需要考虑锁机制。若想观察到另一个Actor的状态变化只能通过消息传递进行。
3.天然支持分布式运行，更好的利用集群能力
无论Actor地址是在本地还是在远程，对于代码来说都是一样，这就使得物联引擎的算子可以分布在集群上的多个集群来执行，提高了物联引擎的水平扩展能力。而分布式正是软件具有容错能力的基石。
4.资源消耗低
Actor是非常轻量的对象，单个Actor仅占用数百字节*的内存，比进程甚至线程都要远远的节约系统资源。因此应用里可以由百万级actor同时并发运行。因此物联引擎可以在数十万设备并发的场景下，保持很高的响应速度。
基于以上特性，物联网平台的规则引擎开发难度大大被降低，而且单机可以支持5万以上的设备并发，性能比传统的物联网规则引擎大大提高。
虽然已参照典型实施例描述了本申请，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本申请能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种提高物联网平台规则引擎高并发能力的方法，其特征在于，该规则链实现方法如下：
步骤一：把物联引擎常用的数据处理动作分为5大类共几十种操作，每一个数据处理动作都是原子化的动作，用以称为算子；
步骤二：用户把算子拖拽到图形编辑器中，图形编辑器中默认有“流程开始”的起始图元，拖每个算子都有入口和出口，把前一个算子的出口连到后一个算子的入口，就能够表示规则链，再打开算子的配置窗口，设定可配置项；
步骤三：工作流编辑器将规则链定义转换成特定格式的文本数据，便于持久化到数据库；
步骤四：在生产环境中运行步骤三中定义的规则链，规则链定义的“流程开始”通常对应于设备的数据被接入物联引擎。
2.根据权利要求1所述的一种提高物联网平台规则引擎高并发能力的方法，其特征在于，在步骤四中：规则链的后续流程就是业务人员的数据处理逻辑，当数以千计的设备同时向物联引擎发送消息时，每一个设备消息都会被加入到消息队列中，能够根据消息的处理瓶颈，把某些actor设定为多个以增加并发性，同一个actor实例如果有一个崩溃了，不会影响到其他actor实例。
3.根据权利要求2所述的一种提高物联网平台规则引擎高并发能力的方法，其特征在于：在actor模型中，actor能够被认为是一个执行单一功能的单元，它与进程或线程一样都能够工作或者处理任务，也能够把它想象成OOP中的一个对象实例；在OOP中一个对象可以访问或修改另一个对象的属性，也能够直接调用另一个对象的方法。
4.根据权利要求2所述的一种提高物联网平台规则引擎高并发能力的方法，其特征在于：Actor模型的基础是消息传递，其自身由状态、行为、邮箱三部分组成。
5.根据权利要求4所述的一种提高物联网平台规则引擎高并发能力的方法，其特征在于：Actor的状态指的是Actor对象的变量信息，由于Actor的状态由自身管理， actor的状态不能直接读取或修改，actor的方法不能直接被调用。
6.根据权利要求4所述的一种提高物联网平台规则引擎高并发能力的方法，其特征在于：Actor的行为指的是Actor中的计算逻辑，通过Actor接收到的消息来改变Actor的状态。
7.根据权利要求4所述的一种提高物联网平台规则引擎高并发能力的方法，其特征在于：Actor的邮箱是actor与actor之间的通信桥梁，邮箱内部通过FIFO消息队列来存储发送方actor消息，接收方actor从邮箱队列中获取消息。
8.根据权利要求1所述的一种提高物联网平台规则引擎高并发能力的方法，其特征在于，在步骤一中：算子由图标表示，被布局在一个图形化编辑器里的侧栏，供业务人员拖拽使用；算子可以被拖入编辑器的工作区作为某个特定规则链的特定步骤，每一个算子都有其特有的配置项以具体定义其行为。
9.根据权利要求1所述的一种提高物联网平台规则引擎高并发能力的方法，其特征在于，在步骤三中：在编辑器关闭后，规则链的定义信息不会丢失，后续可以重新加载到图形编辑器进行修改，并且先前定义的规则链可以作为一个算子被用于其他规则链中，即规则链允许嵌套。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 221000 east side of Keji Road, Xuzhou Economic and Technological Development Zone, Jiangsu Province Applicant after: JIANGSU XUGONG INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: No. 6, Drum Tower District, Jiangsu Province, Xuzhou City, Jiangsu Applicant before: JIANGSU XUGONG INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200508 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |