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适合C# Actor的消息执行方式(3):中看不中用的解决方案

原创 Linux操作系统 作者:iDotNetSpace 时间:2009-07-20 14:47:39 0 删除 编辑

 在前两篇文章中,我们了解到Erlang中灵活的模式匹配,以及在C#甚至F#中会都遭遇的尴尬局面。那么现在就应该来设计一个解决方案了,我们如何才能在C#这样的语言里顺畅地使用Actor模型呢?不仅如此,最好我们还能获得其它一些优势。

“消息”、“协议”和“接口”

  Actor模型中的对象如果要进行交互,唯一的手段便是发送消息。不同语言/平台上的消息有不同的表现形式,但是它们所传递的信息是一致的:

  1. 做什么事情
  2. 做这件事情需要的数据

  例如,Erlang中往往会使用Tag Message的格式作为消息:

{doSomething, Arg1, Arg2, Arg3, ...}

  其中,原子doSomthing表示“做什么”,而后面的ArgN便是一个个的参数,使用Erlang中的模式匹配可以很方便地捕获消息中的数据。在C#等语言中,由于并非专为了Actor模型设计,因此一个Message往往只能是一个对象。但是这个对象的职责并没有减轻,因此我们需要自己处理的事情就多了。我们可能会这样做:

  • 学Erlang的Tag Message,但是这样会产生大量丑陋的类型转换操作,并且丧失了静态检查功能。
  • 为每种消息创建不同的Message类型,但是这样会产生大量类类型,每个类型又有各种属性,非常麻烦。

  这两种做法在上一篇文章里都有过讨论,感兴趣的朋友可以再去“回味”一番。那么,究竟什么是消息呢?根据我的理解,“消息”其实是这么一种东西:

  1. “消息”表示“发送方”和“接受方”之间的“通信协议”(例如Erlang中的“模式”)。
  2. “消息”表示“发送方”要“接受方”所做的事情,但是并没有要求“接受方”需要怎么做。
  3. 一个Actor可能会会作为“接受方”遵守多种“通信协议”。

  经过这样的描述,您是否觉得.NET中有一种东西和“消息”非常接近?没错,那就是“接口”,因为:

  1. “接口”从概念上讲便是一种“协议”。
  2. “接口”表示“能做什么”,但没有限制“怎么做”。
  3. 一个Actor可以实现多个接口,即遵守多种协议。

  看上去还真是一一对应啊!那么我们再来深入一步进行对比,“接口”能否传递消息所要表现的信息?答案也是肯定的:

  1. 做什么事情:接口中的一个方法。
  2. 需要的数据:接口的参数。

  也就是说,如之前的那条Erlang消息,在C#中便可以表示为:

x.DoSomething(arg1, arg2, arg3, ...)

  基于这样的类比,我们发现使用“接口”还可以带来一个额外的东西,那就是“消息组”。如Erlang这样语言,消息与消息之间是完全独立的。.NET中的接口可以包含多个方法,这就是一种“分组”,我们可以利用这种方式来更好地管理有关联的消息。此外,利用.NET中的访问限制符(public,internal等)还可以实现消息的公开和隐藏。而且因为接口的参数是强类型的,所以可以得到编译期的检查,也可以享受编辑工具的代码提示及重构……C#编程里的种种优势似乎我们一个都没有拉下。

看似美好的实现

  等一下,接口只是一种“协议”,但是“消息”还必须是一个实体,一个对象,并且“携带”了这个协议才能在Actor之间传递啊。这个对象除了携带协议所需要的数据以外,还要能够告诉接受方究竟该“操作什么”。“操作”带上“数据”,于是我就想到了“委托”。例如,如果我们想要发送一个“协议”,叫做IDoHandler,那么我们便可以构造一个Action对象——这正是Lambda表达式的用武之地:

Action<IDoHandler> m = x => x.Do(0, 1, 2, ...);

  好,那么我们还是用乒乓测试来尝试一番。我们知道,乒乓测试会让Ping对象和Pong对象相互发送消息,我们各使用一个“消息组”,也就是“接口”来定义消息:

public interface IPongMessageHandler { }

public interface IPingMessageHandler { }

  那么,Ping和Pong两个Actor类型又该如何定义呢?我们知道,Ping需要处理Pong发来的消息,因此它需要实现IPongMessageHandler接口,并且需要接受类型为Action的消息。Pong与Ping类似,因此它们的定义为:

public class Ping : Actor<Action<IPongMessageHandler>>, IPongMessageHandler
{
    private int m_count;

    public Ping(int count)
    {
        this.m_count = count;
    }

    protected override void Receive(Action<IPongMessageHandler> message)
    {
        message(this);
    }

    ...
}

public class Pong : Actor<Action<IPingMessageHandler>>, IPingMessageHandler
{
    protected override void Receive(Action<IPingMessageHandler> message)
    {
        message(this);
    }

    ...
}

  从代码上看,实际操作中我们并不需要让Ping或Pong直接继承Handler接口,只要最终提供一个对象给message执行即可。严格说来,“接口”只是一个“消息组”,具体的“消息”还是要落实到接口中的方法。定义了Ping和Pong之后,我们便可以明确接口中的方法了(确切地说,是明确了方法的参数):

public interface IPongMessageHandler
{
    void Pong(Pong pong);
}

public interface IPingMessageHandler
{
    void Ping(Ping ping);
    void Finish();
}

  使用了接口,自然就要提供方法的实现了。我们先从典型而简单的Pong对象看起:

public class Pong : Actor<Action<IPingMessageHandler>>, IPingMessageHandler
{
    ...

    #region IPingMessageHandler Members

    void IPingMessageHandler.Ping(Ping ping)
    {
        Console.WriteLine("Pong received ping");
        ping.Post(h => h.Pong(this));
    }

    void IPingMessageHandler.Finish()
    {
        Console.WriteLine("Finished");
        this.Exit();
    }

    #endregion
}

  原本需要在得到消息之后,根据消息的内容作出不同的响应。而现在,消息会被自动转发为接口中的方法调用,我们只需要实现特定的方法即可。在Ping方法中,我们会得到一个Ping类型的对象——于是我们再向它回复一个消息。消息的类型是Action,可以看出,使用Lambda表达式构造这样一个消息特别方便。

  Ping类也只需要实现IPongMessageHandler即可,只是这段逻辑“略显复杂”:

public class Ping : Actor<Action<IPongMessageHandler>>, IPongMessageHandler
{
    ...

    public void Start(Pong pong)
    {
        pong.Post(h => h.Ping(this));
    }

    #region IPongMessageHandler Members

    void IPongMessageHandler.Pong(Pong pong)
    {
        Console.WriteLine("Ping received pong");

        if (--this.m_count > 0)
        {
            pong.Post(h => h.Ping(this));
        }
        else
        {
            pong.Post(h => h.Finish());
            this.Exit();
        }
    }

    #endregion
}

  收到Pong消息之后,将count减1,如果还大于0,则回复一个Ping消息,否则就回复一个Finish并退出。最后启动乒乓测试:

new Ping(5).Start(new Pong());

  由于使用了接口作为消息的协议,因此无论是编辑器还是编译器都可以给我们足够的支持。同时,对于消息的处理也无须如上一篇文章那样不断进行判断和类型转换,代码可谓流畅不少。

致命的缺陷

  虽说没有完美的东西,但目前的缺陷却是致命的。

  在实际使用过程中,消息的“发送方”和消息的“接收方”应该完全无关,它们互不知道对方具体是谁,只应该基于“协议”,也就是“接口”来实现。可惜在上面这段代码中,很多东西都被“强横”地限制住了。例如,Ping消息会附带一个ping对象作为参数,ping对象会等待一个Pong消息。但是,发送Ping消息(并等待Pong消息)的一方很可能是各种类型的Actor,不一定是Ping类型。有朋友可能会说,那么我们把IPingMessageHandler的Ping方法的签名改成这样,不就可以了吗?

void Ping(Actor<Action<IPongMessageHandler>> ping)

  是的,此时的ping,的确是在“等待Pong消息的Actor对象”。但是,这意味着ping对象它也只能是这个指明的Actor类型了。在实际使用过程中,这几乎是不可能的事情。因为一个Actor很可能会接受各种消息,它很难做到“一心一意”。因此这篇文章所提出的做法,几乎只能满足如乒乓测试这样简单的Actor模型使用场景。我们必须改变。

  改变的方式有不少,从“向弱类型妥协”到“利用.NET 4.0中的协变/逆变”,都可以满足不同的场景——不过我们还是下次再说吧。

F#的实现

  本文描述的方式也可以运用在在F#中。首先自然还是接口的定义:

type IPingMessageHandler =
    abstract Ping : Ping -> unit
    abstract Finish : unit -> unit

and IPongMessageHandler = 
    abstract Pong : Pong -> unit

  以上便是F#中定义接口的方式,与C#相比更为简洁。接着便是Ping类型的实现:

and Ping() =
    inherit (IPongMessageHandler -> unit) Actor()
    let mutable count = 5
    override self.Receive(message) = message self

    member self.Start(pong : Pong) = 
        pong << fun h -> self |> h.Ping
    
    interface IPongMessageHandler with 
        member self.Pong(pong) =
            printfn "Ping received pong"
            count <- count - 1
            if (count > 0) then
                pong << fun h -> self |> h.Ping
            else
                pong << fun h -> h.Finish()
                self.Exit()

  Pong类型的实现则更为简单:

and Pong() =
    inherit (IPingMessageHandler -> unit) Actor()
    override self.Receive(message) = message self
    
    interface IPingMessageHandler with
        member self.Ping(ping) =
            printfn "Pong received ping"
            ping << fun h -> self |> h.Pong
        
        member self.Finish() =
            printfn "Finished"
            self.Exit()

  启动乒乓测试:

(new Pong()) |> (new Ping()).Start;

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