Akka on Raspberry Pi

by nobkz

@nobkz

はなだのぶかず
福岡在住
株式会社Groovenauts Rockstar Engineer
TECH PARKというテクノロジー教育のアフタースクールで働いている
Technical RockstarsでCTOやってた。
Scala/Erlang/Rust/Lisp(Shen, Clojure, Common Lisp, Racket)
現在グラフィカル言語つくっている。
ボードゲーマ
九州大学芸術工学部音響設計学科出身

TECH PARK

ボードゲーム

こんなかんじのことを言う

Raspberry Piとは? Akkaとは?
- AkkaとErlangとアクターモデル
なぜに、Raspberry Pi + Akka + Scala?
Akka persistenceとAkka remote
細かい設定ファイルだとか
Scalaは楽しいよ

Raspberry Piとは?

ちっさいコンピュータ
プログラム教育に向いてる。
でも、電子工作もたのしい
Raspberry Piでプロトタイプや作品が作られていることもある
- 入退室管理プロトタイプ
- Avator (作品)

Avator

Akkaとは?

akkaとは?

並列、分散処理のためのツールキット
アクターモデル
沢山の機能があるよ!

アクターモデルとは?

並行処理の2つのモデル
- shared memory communication
- message passing communication
よくあるJavaのマルチスレッドとかは前者
Message passing Communicationの代表例
- アクターモデル
- goのchannelなど

アクターモデル

軽量プロセス
非同期メッセージパッシング
メールボックス

アクターの利点、欠点(主観)

テキトーに実装しても動く
メッセージ投げ合う設計がめんどい

Erlangとの違い

言語が違う
- 動的型 vs 静的型
- ホットコードローディングの有無
- Erlang VM vs JVM
アクターの状態の持ち型が違う
- erlang : 引数で回す
- akka : オブジェクトが内部変数を持つ

なぜRaspberry Pi + Akka + Scalaなのか?

あとなにつくったん?

なんでそんなの使うん?

Scalaがたのしい
Akkaがたのしい
Raspberry Pi がたのしい

Akka on Raspberry Pi

背景

TECH PARKでは、子供の入退室時に保護者にメールを送る
すんごくたいへんだから、つくろう

つくったのもの

入退室管理&入退室メール配信システム
入室時、生徒の会員をQRで読みこむ
- いずれ、顔認証させるぜ!!!
メール配信は、Gmail APIでやる
ついでに、動画を管理アプリで配信もする

Raspberry Pi

3 Model B

Web
Camera

Speaker

USB

ステレオ

GPIO

ボタン

LED

超音波センサー

Raspberry Pi

3 Model B

Raspberry Pi

3 Model B

Raspberry Pi

3 Model B

OSX

会員管理

カメラ確認

QRコード印刷

入退室管理

QRコードリーダ

入退室管理

QRコードリーダ

入退室管理

QRコードリーダ

無線lan

設計と実装

環境

Scala 2.12.2
akka 2.5.4
Raspberry PI 3 MODEL B

Raspiの環境構築

Raspbianを使用
javaのみセットアップ
osxでscala/rustでビルドして生成したjarを送る。

Akka Remote

他のRasPiや、OSXのアプリを協調させるために、Akka Remoteをつかう
コードをあんまり変更せずに他のマシンに送る
カメラの画像もAkka Remoteで送る

Application.conf

akka {
  actor {
    provider = remote
  }
  remote {
    maximum-payload-bytes = 30000000 bytes
    artery {
      enabled = on
      canonical.hostname = "127.0.0.1"
      canonical.port = 23320
      maximum-large-frame-size = 4MiB
      message-frame-size =  30000000b
      send-buffer-size =  30000000b
      receive-buffer-size =  30000000b
      maximum-frame-size = 30000000b
  ...

画像を送る

そのままではサイズがでかい
- 画像圧縮
また、送信の頻度が高すぎる
- ループの間隔を調整

入退室の履歴管理

会員事に入退室の履歴管理をする。
データの永続化が必要
Akka Persistence

Akka Persistence

Actorの内部状態を永続化
その状態に至るまでのメッセージ(イベント)を記録する
復旧したときにイベントを再現する

Akka Persistence : 状態を記録する

    case UpdateStudent(number, nickName, name, emailAddress) =>
      val newStudent = Student(number, nickName, name, emailAddress)

      persist(UpdateStudentEvent(newStudent)) { 
            ....
      }

Akka Persistence : 状態を復元する。

  val receiveRecover: Receive = {
    case UpdateStudentEvent(student) =>
      studentsTable =
        studentsTable.updateStudent(student)
 ...

Application.conf

akka.persistence.journal.plugin = "akka.persistence.journal.leveldb"
akka.persistence.snapshot-store.plugin = "akka.persistence.snapshot-store.local"

// 永続化用ファイルの置き場所
akka.persistence.journal.leveldb.dir = "target/example/journal"
akka.persistence.snapshot-store.local.dir = "target/example/snapshots"

Raspberry Piにおける問題点

Akka Persistenceは journalの実装にLevel DBをデフォルトで利用している。
しかし、ARMバージョンのLevel DB JNIが無い。
なので、Level DBではなく、他のDBを利用する。
Mongo DBで解決した。

Mongo DBでAkka Persistence のプラグイン実装

たぶん、時間がないので省略

使用したライブラリなど

GPIO周りー> Pi4J
QRコードの認識部分 -> Rustで自分で実装
Web Camera -> webcam-caputure
リングハッシュー> 自分で実装

まとめ

Raspberry Pi + Akkaで身近な問題を解決できる。

IoTとはいいたくない。
ほんとうに身近なこと
楽しいです。
Akka たのしい
Scala たのしい