OptaPlanner 7.32.0.Final版本彩蛋 - SolverManager之異步求解

因爲工作和其它原因,很長一段時間沒有出新的、關於OptaPlanner的文章了,但工餘時間並沒有停止對該引擎的學習。與此同時Geoffrey大神帶領的KIE項目團隊並沒有閒下來,儘管在工業可用性、易用性和使用門檻方面,OptaPlanner相對傳統的求解器已經做得相當出色;特別是在規劃過程交互、和各種操作接口方面,更是目前最爲容易使用的規劃求解器。

以第7版一系列子版本中,OptaPlanner很多子版只作了細微的更新,如優化規劃性能,改善Business Center集成水平等。而在作爲OptaPlanner直接使用者的我們而言,第7版的所有子版本中,目前本人認爲最大最有意義的更新有2個。一個是7.9.0版本提供內了置的多線程規劃,從而實現了規劃過程中的多CPU同時對同一問題進行運算,大大地發揮了多CPU(核)服務器的並行運算能力。而今天本文需要詳解的新增接口SolverManager則是在系統集成方面的另一次重大創新。SolverManager接口在7.32.0版本中發佈。

規劃服務的常見場景與異步服務

OptaPlanner的核心是一個運籌優化求解器,可以對各領域的規劃問題(NPC, NP-Hard問題)進行規劃求解,尋找出問題的近似最優解。OptaPlanner規劃組件提供了相當完善的求解運算功能。但在實際的規劃系統設計中,除了設計相應的規劃模型,還需要考慮規劃程序部署問題,便於與現有系統集成。這類部署問題並非OptaPlanner求解器自身的功能焦點。因此,對於我們軟件開發、工程人員而言,還需要設計好相應的架構系統,才能實現規劃程序與現有信息系統之間良好數據交互。

通常情況下規劃運算需要使用大量的運算資源,也即CPU運算能力。我們會把基於OptaPlanner的規劃程序部署成獨立的規劃服務,以接口方式與外界系統進行數據通訊。部署成獨立的服務除了有利於降低系統模塊間低耦合外,另一個重要原因是有利於運算資源的擴展。當問題規劃增大時,程序所需的CPU運算能力也會大副提升;獨立存在的規劃服務更有利於硬件資源的更新。當然,需要在Client端進行即時規劃的場景(例如手機導航軟件)除外。

因爲規劃服務大多數情況下,需要一定的運算週期才能得到可行、且相對最優方案。若根據上述的場景需求,在常見的項目中,可以把規劃程序做成一個輕量級的Jar包,再過Web和應用服務器,以Web服務的方式對外提供服務。例如使用Spring Boot進行封裝,對外提供Web API服務。通過使Spring Boot的Controller與規劃程序包在進程上相互獨立,從而實現規劃服務的異步性。當然也可以通過在Spring Boot程序中通過多線程方式實現異常調用的特性。不同的實現方法視實際需要而定。

SolverManager特性解決異步問題

對於上述場景,OptaPlanner是否可提供Out-Of-The-Box的解決方案呢?在7.32.0.Final版本之前,求解器規劃問題時的接口方法是Solver.solve(),這個方法是同步的,需要規劃完成後才能返回。若需要實現異步功能,就需要自己想辦法實現了,例如上面提到的將服務進程與規劃進程相互獨立,或使用不同的線程來響應服務和啓動規劃,實現起來對軟件架構設計需要有一定的經驗才能做得相對完善。很幸運,在7.32.0.Final版本中,終於從OptaPlanner內置功能上實現了此特性,這個就是SolverManager。SolverManager是7.32.0.Final版本提供的新接口,通過此接口我們可以在調用規劃核心程序進行問題求解時,調用線程即時返回,從而實現調用線程與規劃線程異步執行。具體訪求是:通過SolverManager.solve()方法可以啓動一個異步規劃方法,調用方可以即時返回,通過輪詢的方式調用SolverManager的其它方法來查詢規劃狀態(SolverManger.getSolverStatus)並獲取結果(SoverJob.getFinalBestSolution)。SolverManager的基本用法如下:

CloudBalance problem1 = ...;
UUID problemId = UUID.randomUUID();
// Returns immediately
SolverJob<CloudBalance, UUID> solverJob = solverManager.solve(problemId, problem1);
...
CloudBalance solution1;
try {
    // Returns only after solving terminates
    solution1 = solverJob.getFinalBestSolution();
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
    throw ...;
}

 

可以看出,使用SolverManager 對一個問題進行求解時,與Solver對象的solve方法有以下區別:

  1. 異步執行,當solve方法被調用後,方法會馬上返回,而不待引擎運行結果。調用者需要通過輪詢或回調方法(bestSolutionChanged事件)獲取運行結果。
  2. 每個問題對應一個ID,因爲SolverManager會啓動線程池同一時間對多個問題進行求解,因此每個問題需要有一個唯一的標識做識別,在下一篇文章中的SolverManger批量求解中將會詳解。

因此,在7.32.0.Final版本中,SolverManager的出現,將會在進行求解服務的設計過程中,大大簡化引擎與服務的設計複雜度。希望在未來的應用過讓OptaPlanner在工業場景的可能性上更勝一籌。

關於SolverManager接口的詳細介紹見以下使用說明:

https://docs.optaplanner.org/7.33.0.Final/optaplanner-docs/html_single/index.html#solverManager​docs.optaplanner.org

 

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