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 异步编程与响应式框架

作者:老赵 时间: 2010-09-25 文档类型:转载 来自:老赵点滴

第 1 页 异步编程与响应式框架 [1]
第 2 页 异步编程与响应式框架 [2]
第 3 页 异步编程与响应式框架 [3]
第 4 页 异步编程与响应式框架 [4]

本文原发表于《程序员》杂志9月刊,现将全文公开至此。前几天的技术交流会上我也讲了这部分内容,配合着看会有更好效果。

此外我想再多几句。《程序员》杂志在某些方面必须尽快做出调整。就拿我这篇文章来说,代码除了被三栏的版式搞得支离破碎以外,其中必要的空格也莫名奇妙地少了许多。我认为《程序员》如今在内容方面已经有了显著提高,但是在这种“表面”工夫上也得抓紧才好,这也是国内同类杂志中“最专业者”所应有的风范。

前言

异步操作是强大的,它是许多高伸缩性架构的基石。异步操作在许多情况下是必须的,例如在客户端保持用户界面的响应能力,以及在日益兴起的云计算场景中。但是,异步编程又是十分困难的,它让这让许多程序员敬而远之。因此,越来越多的编程语言都对异步编程提供了相当程度的支持,其中的典型代表便是F#中的异步工作流以及Scala的Actor模型。不过目前的一些主流编程语言,如C#或是JavaScript,它们在设计之时并没有在异步编程上考虑太多,我们便会根据它们的语言特性,提供合适的异步编程模型及其实现。而本文介绍的便是其中一例:响应式编程(Reactive Programming)模型及响应式框架(Reactive Framework,简称Rx)。

异步编程的难点

异步编程之所以困难,主要有三大难点。

首先是对于状态的维护。在普通编程中,我们已经习惯了根据各种状态采取不同做法的编程方式。在异步编程中,状态对于操作的影响则往往更为复杂。例如,我们在编写一个鼠标“拖动及绘图”的行为时,一般会采用这样的逻辑:

在MouseDown事件中将isDragging标记设为true,表示“拖动开始”,并记录当前鼠标位置prevPos。

在MouseUp事件中将isDragging标记设为false,表示“拖动结束”。

在MouseMove事件中检查isDragging标记,如果为true,根据鼠标当前位置currPos和之前记录的prevPos进行绘图,并将currPos的值写入prevPos。

仅在这样一个最基本的场景中,我们便需要编写三个事件处理器(Event Handler),控制isDragging,prevPos等外部状态,并根据这些状态决定事件触发时的效果。这样的例子数不胜数,尤其是在各式拖放操作中,几乎都会涉及大量状态的控制(例如,判断物体是否进入某个特定区域)。

异步编程的另一个难点,在于异步操作之间的组合及交互。例如在如上的简单拖放操作中,我们便涉及到了MouseDown,MouseUp及MouseMove三个事件。从某些角度来说,客户端的UI事件还是比较容易处理的,因为它们往往都是在单一线程上依次执行。但是在另外一些场景中,如云计算时,我们往往会同时发起多个异步操作,并根据这些操作的结果进行后续处理,甚至还会有一个额外的超时监控,这样便很有可能会出现并发操作的竞争(Race)情况,这将会成为程序复杂度的灾难。

此外,异步操作还会破坏“代码局部性(Code Locality)”,这可能也是异步操作中最为常见的阻碍。程序员早已习惯了“线性”地表达逻辑,但即便是多个顺序执行的异步操作,也会因为大量的回调函数而将算法拆得支离破碎,更何况还会出现各种循环及条件判断。同时,在线性的代码中,我们可以使用“局部变量”保存状态,而在编写异步代码时则需要手动地在多个函数中传递状态。此外,由于逻辑被拆分至多个方法,因此我们也无法使用传统的try/catch进行统一异常处理。

推模型与拉模型

平时我们使用最多的便是“交互式(Interactive)”的编程方式,采用的是组件之间的相互调用来表现逻辑。例如,对象A向对象B请求数据并等待返回,待对象B完成并返还数据之后A才继续进行后面的操作。交互式编程的一个典型应用便是GoF23中的迭代器(Iterator)模式,它在.NET中的实现为IEnumerable及IEnumerator接口,例如:

void Traverse(IEnumerable<int> source)
{
    var etor = source.GetEnumerator();
    while (etor.MoveNext())
    {
        Console.WriteLine(etor.Current);
    }
}

出处:老赵点滴
责任编辑:bluehearts

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