Akka Typed - 型安全にメッセージパッシングする！ / Akka Typed - typesafe messaging

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1. Akka Typed
   型安全にメッセージパッシングする！
   2018-11-10 Scala
   関西Summit 2018
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2. 自己紹介
   林 大介
   Twitter: @hayasshi_
   GitHub: hayasshi
   ChatWork
   株式会社
   Scala 2.9
   系から使い始め(2013
   年頃)
   型好き、Akka
   好き
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3. お話すること
   Akka
   や アクターモデルについて簡単におさらい
   Akka Typed
   について
   各パターンでの比較
   アクター生成とAsk
   スーパービジョン
   ライフサイクル
   他のモジュールとの統合
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4. お話しない(
   できない)
   こと
   Akka Actors
   とのパフォーマンス比較
   簡易なものでもやりたかった！スミマセン
   Akka Typed
   の導入事例
   Akka Typed
   への移行戦略について
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5. Akka
   と アクターモデル
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6. メニーコア時代における、並行・分散処理をおこなう
   アプリケーションを構築するためのツールキット
   一台のマシン上でのアプリケーションから
   複数台のマシンでの分散処理やクラスタリングなどを構築するため
   のモジュールが用意されている
   これらの根底にあるものは アクターモデル
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7. アクターモデル
   1973
   年 カール・ヒューイット氏が発表した
   並行処理を行うための計算モデル
   全てのものはアクターである
   全てのものはオブジェクトであると同様な考え方
   違いは本質的に並行性を備えているということ
   アクターはメッセージに対する振る舞いを持つ
   アクター間のメッセージのやり取りで計算を行う
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8. アクターモデル
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9. 詳しくは
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10. お話する前提のバージョン
    下記のバージョンで動作確認等を行っています。
    val scalaVersion = "2.12.7"
    val akkaVersion = "2.5.17"
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11. Akka Actors
    Akka
    の全ての基礎となる、根底のモジュール
    JVM
    上でアクタープログラミングを行うことができる
    JVM
    で並行処理をおこなうにあたっての大変な部分を隠蔽し、
    ロジックに集中できる
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12. Akka Actors
    akka-scala-seed.g8
    class Greeter(message: String, printerActor: ActorRef) extends Actor {
    import Greeter._
    import Printer._
    var greeting = ""
    def receive: Receive = {
    case WhoToGreet(who) =>
    greeting = message + ", " + who
    case Greet =>
    printerActor ! Greeting(greeting)
    }
    }
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13. Akka Actors
    val system: ActorSystem = ActorSystem("helloAkka")
    val printer: ActorRef = system.actorOf(Printer.props, "printerActor")
    val howdyGreeter: ActorRef =
    system.actorOf(Greeter.props("Howdy", printer), "howdyGreeter")
    val goodDayGreeter: ActorRef =
    system.actorOf(Greeter.props("Good day", printer), "goodDayGreeter")
    howdyGreeter ! WhoToGreet("Akka")
    howdyGreeter ! Greet // Howdy, Akka
    howdyGreeter ! WhoToGreet("Scala")
    howdyGreeter ! Greet // Howdy, Scala
    goodDayGreeter ! WhoToGreet("Play")
    goodDayGreeter ! Greet // Good day, Play
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14. ＬＧＴＭ！
    しかし気をつけなければいけないことも...
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15. Akka Actors
    val system: ActorSystem = ActorSystem("helloAkka")
    val printer: ActorRef = system.actorOf(Printer.props, "printerActor")
    val howdyGreeter: ActorRef =
    system.actorOf(Greeter.props("Howdy", printer), "howdyGreeter")
    val goodDayGreeter: ActorRef =
    system.actorOf(Greeter.props("Good day", printer), "goodDayGreeter")
    howdyGreeter ! Greeting("Akka")
    howdyGreeter ! Greeting("Scala")
    goodDayGreeter ! Greeting("Play")
    なんか動きそう。コンパイルも通る。でも動かない...
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16. tell ( ! )
    メソッド型安全じゃない問題
    trait ScalaActorRef { ref: ActorRef
    ⇒
    def !(message: Any)(implicit sender: ActorRef = Actor.noSender): Unit
    }
    type Receive = PartialFunction[Any, Unit]
    trait Actor {
    def receive: Receive
    }
    アクター定義時に指定していないメッセージを受け取れてしまう
    (
    コンパイルできてしまう)
    コードベースが大規模になってくると間違ったメッセージを送って
    しまう可能性が高くなる
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17. 型安全じゃない
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18. Akka Typed
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19. Akka Typed
    Akka Actors
    のメッセージパッシングを
    型安全に行うためのモジュール
    Akka Actors
    の置き換えになる
    基本的な部分のAPI
    はだいたい固まっている
    他モジュールとの統合API
    の部分を中心に細かな変更が続いている
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20. Akka Typed
    libraryDependencies +=
    "com.typesafe.akka" %% "akka-actor-typed" % akkaVersion
    アクターの定義は、振る舞い Behavior
    を定義する
    振る舞いは、次の振る舞いを返す入れ子構造になっている
    import akka.actor.typed.Behavior
    import akka.actor.typed.scaladsl.{ActorContext, Behaviors}
    case class Greet(whom: String)
    val greeterBehavior: Behavior[Greet] =
    Behaviors.receive { (ctx: ActorContext[Greet], msg) =>
    ctx.log.info("Hello {}!", msg.whom)
    Behaviors.same
    }
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21. Akka Typed
    アクターは振る舞い Behavior
    から生成される
    import akka.actor.typed.ActorSystem
    val greeter = ActorSystem(greeterBehavior, "greeter")
    greeter ! Greet("Akka") // Hello Akka!
    case class Greeting(whom: String)
    greeter ! Greeting("Akka") // compile error
    ( ActorSystem
    もActorRef[T]
    を継承している)
    型安全にメッセージパッシングできる！
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22. Akka Typed -
    状態
    def counterBehavior(current: Int): Behavior[Int] =
    Behaviors.receiveMessage { c =>
    val count = current + c
    println(count)
    counterBehavior(count)
    }
    val counter = ActorSystem(counterBehavior(0), "counter")
    counter ! 1 // 1
    counter ! 3 // 4
    状態は再帰をつかって表現する
    よりイミュータブルな振る舞いとして扱うことができる
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23. なるほど良さそうに見える
    型安全にメッセージパッシングできることはわかった
    しかし、Akka Actors
    に比べ
    大きくコーディングスタイルが変わっている
    Akka Actors
    でよく使われる
    アクタープログラミングのパターンをどう記述していくか比較する
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24. 注意
    これからのサンプルコードは資料の都合上、好ましくない書き方
    をしているコードがあります
    特に Akka Actors
    で Props
    を利用側が直接使っている箇所は
    注意してください
    Props
    にインスタンスを利用側から渡すと、利用側でインスタン
    スの状態を書き換えることができてしまいます
    //
    ダメゼッタイ
    val actor = new Greeter(...)
    val props = Props(actor)
    val actorRef = system.actorOf(props, "child")
    actor.greeting = "hoge"
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25. パターン比較
    アクター生成とAsk
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26. アクター生成とAsk - Akka Actors
    class Producer extends Actor {
    def receive: Receive = {
    case p: Props =>
    val child = context.actorOf(p)
    context.watch(child)
    sender() ! context.actorOf(p)
    }
    }
    class Printer extends Actor {
    def receive: Receive = {
    case s: String => println(s)
    }
    }
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27. アクター生成とAsk - Akka Actors
    val system = ActorSystem()
    val producer = system.actorOf(Props(classOf[Producer]))
    import akka.pattern.ask
    implicit val ec = system.dispatcher
    implicit val timeout: Timeout = Timeout(3.seconds)
    val printer: Future[ActorRef] =
    (producer ? Props(classOf[Printer])).mapTo[ActorRef]
    for (printerRef printerRef ! "Hello"
    }
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28. アクター生成とAsk - Akka Actors
    アクター生成
    ActorSystem.actorOf , ActorContext.actorOf
    アクターの内部どこでも生成することができる
    Ask
    import akka.pattern.ask
    で ask
    メソッド( ? )
    を使えるようになる
    ask
    メソッドの返り値は Future[Any]
    のため
    mapTo
    をつかい、型を変換する
    (
    返ってくる実際の型と異なれば実行時エラー)
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29. アクター生成とAsk - Akka Typed
    val printerBehavior: Behavior[String] =
    Behaviors.receiveMessage { msg =>
    println(msg)
    Behaviors.same
    }
    val producerBehavior: Behavior[SpawnProtocol] =
    Behaviors.receive { (ctx, msg) =>
    msg match {
    case Spawn(bhvr, name, props, replyTo) =>
    val ref = ctx.spawn(bhvr, name, props)
    ctx.watch(ref)
    replyTo ! ref
    }
    Behaviors.same
    }
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30. アクター生成とAsk - Akka Typed
    アクター生成
    ActorContext[T].spawn
    振る舞いのなか(
    コンテキストのあるスコープ)
    で
    生成することができる
    SpawnProtocol
    はアクター生成するための組み込みメッセージ
    対応する振る舞いも標準で用意されている
    SpawnProtocol.behavior
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31. アクター生成とAsk - Akka Typed
    val producerBehavior: Behavior[SpawnProtocol] =
    Behaviors.receive { (ctx, msg) =>
    msg match {
    case Spawn(bhvr, name, props, replyTo) =>
    val ref = ctx.spawn(bhvr, name, props)
    ctx.watch(ref)
    replyTo ! ref
    }
    Behaviors.same
    }
    val spawnBehavior = SpawnProtocol.behavior
    val producer = ActorSystem(spawnBehavior, "producer")
    ただし ActorContext[T].watch
    を差し込めない
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32. アクター生成とAsk - Akka Typed
    val producer = ActorSystem(producerBehavior, "producer")
    import akka.actor.typed.scaladsl.AskPattern._
    implicit val ec = producer.executionContext
    implicit val timeout: Timeout = Timeout(3.seconds)
    implicit val scheduler: Scheduler = producer.scheduler
    val printer: Future[ActorRef[String]] =
    producer ? SpawnProtocol.Spawn(printerBehavior, "printer")
    for (printerRef printerRef ! "Hello"
    }
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33. アクター生成とAsk - Akka Typed
    Ask
    import akka.actor.typed.scaladsl.AskPattern._
    で、
    ask
    メソッド( ? )
    を使えるようになる
    ActorRef[T]
    から実際の型が返る
    def ?[U](replyTo: ActorRef[U]
    ⇒T)(implicit...): Future[U]
    戻し先となる ActorRef[U]
    をメッセージに含める
    case class Request(s: String, replyTo: ActorRef[Response])
    server ?(ref => Request("data", ref)
    server ? (Request("data", _))
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34. アクター生成とAsk -
    比較まとめ
    アクター生成
    大きな違いはない
    Typed
    は ActorSystem (
    ヒエラルキートップ)
    からの
    子アクター生成がメッセージ経由になる
    Ask
    返ってくるメッセージに型がある！
    ask
    メソッドで送るメッセージに戻り先の
    ActorRef[U]
    を含める必要がある
    (
    送り先のActorRef[T]
    も受け付けれる必要がある)
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35. パターン比較
    スーパービジョン
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36. スーパービジョンとは
    アクターには親子関係があり、アクターヒエラルキーを構成する
    子アクターがクラッシュした際に、親アクターが子アクターをどう
    扱うかを管理する仕組み
    適切なエラーハンドリングを行い、状態を復元したり、再起動させ
    たり、安全に停止させることで、ヒエラルキー全体の自己復元力,
    耐
    障害性を高める
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37. スーパービジョン - Akka Actors
    class Supervisor extends Actor {
    override val supervisorStrategy: SupervisorStrategy =
    OneForOneStrategy(maxNrOfRetries = 10, withinTimeRange = 1.minute) {
    case _: ArithmeticException
    ⇒ Resume
    case _: NullPointerException
    ⇒ Restart
    case _: IllegalArgumentException
    ⇒ Stop
    case _: Exception
    ⇒ Escalate
    }
    def receive: Receive = {
    case p: Props
    ⇒ sender() ! context.actorOf(p)
    }
    }
    class Child extends Actor {
    def receive: Receive = {
    case ex: Exception
    ⇒ throw ex
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38. スーパービジョン - Akka Typed
    val childBehavior: Behavior[Exception] = Behaviors.receiveMessage(throw _)
    val supervisorBehavior: Behavior[Exception] =
    Behaviors.supervise {
    Behaviors.supervise {
    Behaviors.supervise {
    childBehavior
    }.onFailure[ArithmeticException](SupervisorStrategy.resume)
    }.onFailure[NullPointerException](
    SupervisorStrategy.restartWithLimit(
    maxNrOfRetries = 10,
    withinTimeRange = 1.minute
    )
    )
    }.onFailure[IllegalArgumentException](SupervisorStrategy.stop)
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39. スーパービジョン
    Actors Typed
    戦略定義位置 親アクター Behavior
    への組み込み
    戦略種別 OneForOneStrategy
    AllForOneStrategy
    OneForOneStrategy
    対応内容種別 Resume , Restart , Stop
    Escalate
    Resume , Restart , Stop
    再起動制御 あり あり
    デフォルトの戦略 OneForOneStrategy
    で
    Restart
    OneForOneStrategy
    で
    Stop
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40. パターン比較
    ライフサイクル
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41. アクターのライフサイクルとは
    アクターには生成から停止して削除されるまでのライフサイクルが
    ある
    ライフサイクルの各ポイントでフックでき、様々な処理を追加でき
    る
    let it crash
    の思想に従い、問題が起きたときのハンドリングを設計
    し、組み込むことができる
    スーパービジョンと組み合わせることでアプリケーション全体の耐
    障害性を高める
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42. アクターのライフサイクルとは
    Akka
    実践バイブルより引用
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43. ライフサイクル - Akka Actors
    class IdPrinterActor extends Actor {
    override def preStart(): Unit = {
    println(s"preStart ${self.path}")
    super.preStart()
    }
    override def preRestart(reason: Throwable, message: Option[Any]): Unit = {
    println(s"preRestart $message ${self.path}")
    super.preRestart(reason, message)
    }
    override def postRestart(reason: Throwable): Unit = {
    println(s"postRestart ${reason.getMessage} ${self.path}")
    super.postRestart(reason)
    }
    override def postStop(): Unit = {
    println(s"postStop ${self.path}")
    super.postStop()
    }
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44. ライフサイクル - Akka Actors
    class IdPrinterActor extends Actor {
    // ...lifecycle hook
    override def receive: Receive = {
    case Message(id) =>
    id match {
    case 0L =>
    throw new Exception("Id is zero!")
    case 9L =>
    context.stop(self)
    case _ =>
    println(id)
    }
    }
    }
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45. ライフサイクル - Akka Actors
    object IdPrinterActor {
    def name(id: Long): String = s"id-printer-$id"
    def props: Props = Props(classOf[IdPrinterActor])
    }
    val system = ActorSystem()
    val printer1 = system.actorOf(IdPrinterActor.props, IdPrinterActor.name(1L))
    printer1 ! Message(1L)
    val printer0 = system.actorOf(IdPrinterActor.props, IdPrinterActor.name(0L))
    printer0 ! Message(0L)
    val printer9 = system.actorOf(IdPrinterActor.props, IdPrinterActor.name(9L))
    printer9 ! Message(9L)
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46. ライフサイクル - Akka Actors
    見やすいように調整しています
    preStart akka://default/user/id-printer-1
    1
    preStart akka://default/user/id-printer-0
    [ERROR] [11/08/2018 23:12:35.727] [default-akka.actor.default-dispatcher-4] [akka:
    java.lang.Exception: Id is zero!
    at ...
    preRestart Some(Message(0)) akka://default/user/id-printer-0
    postStop akka://default/user/id-printer-0
    postRestart Id is zero! akka://default/user/id-printer-0
    preStart akka://default/user/id-printer-0
    preStart akka://default/user/id-printer-9
    postStop akka://default/user/id-printer-9
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47. ライフサイクル - Akka Typed
    val idPrintBehavior: Behavior[Message] = Behaviors.supervise {
    Behaviors.setup[Message] { ctx =>
    println(s"start ${ctx.self.path}")
    Behaviors.receiveMessage[Message] { msg =>
    msg.id match {
    case 0L => throw new Exception("Id is zero!")
    case 9L => Behaviors.stopped
    case _ => println(msg.id);Behaviors.same
    }
    }.receiveSignal {
    case (context, PreRestart) =>
    println(s"preRestart ${context.self.path}");Behaviors.same
    case (context, PostStop) =>
    println(s"postStop ${context.self.path}");Behaviors.same
    }
    }
    }.onFailure(SupervisorStrategy.restart)
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48. ライフサイクル - Akka Typed
    def idPrinterName(id: Long): String = s"id-printer-${id.toString}"
    val system = ActorSystem(SpawnProtocol.behavior, "lifecycle")
    import akka.actor.typed.scaladsl.AskPattern._
    implicit val ec: ExecutionContext = system.executionContext
    implicit val timeout: Timeout = Timeout(3.seconds)
    implicit val scheduler: Scheduler = system.scheduler
    for {
    printer1 printer0 printer9 } {
    printer1 ! Message(1L)
    printer0 ! Message(0L)
    printer9 ! Message(9L)
    }
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49. ライフサイクル - Akka Typed
    見やすいように調整しています
    setup akka://lifecycle/user/id-printer-1
    1
    setup akka://lifecycle/user/id-printer-0
    preRestart akka://lifecycle/user/id-printer-0
    setup akka://lifecycle/user/id-printer-0
    [ERROR] [11/08/2018 23:51:35.515] [lifecycle-akka.actor.default-dispatcher-2] [
    java.lang.Exception: Id is zero!
    at ...
    setup akka://lifecycle/user/id-printer-9
    postStop akka://lifecycle/user/id-printer-9
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50. ライフサイクル
    Actors Typed
    フック定義 override
    して拡張
    super
    呼び出しが必須 receiveSignal
    にて
    Behavior
    を拡張
    フック箇所の種類 preStart , postStop
    preRestart , postRestart
    PreRestart , PostStop
    再起動時の
    フック箇所
    preRestart
    postStop
    postRestart
    preStart
    PreRestart
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51. 他のモジュールとの統合
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52. 他のモジュールとの統合
    Akka Streams
    との統合用API
    を含むモジュールが提供されている
    libraryDependencies +=
    "com.typesafe.akka" %% "akka-stream-typed" % akkaVersion
    ActorSource
    や ActorSink
    などのコンポーネントをつかい
    バッファや OverflowStrategy
    を設定して Akka Streams
    の Graph
    に
    Akka Actors
    を組み込むことができる
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53. 他のモジュールとの統合
    その他のモジュールとの統合API
    も絶賛開発されていっています
    (
    主にクラスター関連)
    "com.typesafe.akka" %% "akka-cluster-typed" % akkaVersion
    "com.typesafe.akka" %% "akka-cluster-sharding-typed" % akkaVersion
    "com.typesafe.akka" %% "akka-persistence-typed" % akkaVersion
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54. 他のモジュールとの統合
    詳しくは公式ドキュメントやリリースノートを参照
    https://doc.akka.io/docs/akka/current/typed/index.html
    https://akka.io/blog/news-archive.html
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55. まとめ
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56. まとめ
    Akka Typed
    になり
    より型安全にコーディングができるようになった
    コーディングスタイルが大きく変わるので切り替えが必要
    細かな部分で Akka Actors
    と挙動がことなる
    他のモジュールとの統合API
    も充実してきている
    アクタープログラミングの本質的な部分は変わっていない
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57. 参考・引用
    Akka Documentation
    Akka
    実践バイブル
    Wikipedia
    アクターモデル
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