概述C#代碼協(xié)同執(zhí)行
C#代碼協(xié)同執(zhí)行的支持機(jī)制
幾個(gè)月前我曾大致分析過(guò) C# 2.0 中 iterator block 機(jī)制的實(shí)現(xiàn)原理，《C# 2.0 中Iterators的改進(jìn)與實(shí)現(xiàn)原理淺析》，文中簡(jiǎn)要介紹了 C# 2.0 是如何在不修改 CLR 的前提下由編譯器，通過(guò)有限狀態(tài)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn) iterator block 中 yield 關(guān)鍵字。實(shí)際上，這一機(jī)制的最終目的是提供一個(gè)C#代碼協(xié)同執(zhí)行的支持機(jī)制。
- using System.Collections.Generic;
- public class Tokens : IEnumerable<string>
- {
- public IEnumerator<string> GetEnumerator()
- {
- for(int i = 0; i<elements.Length; i++)
- yield elements[i];
- }
- }
- foreach (string item in new Tokens())
- {
- Console.WriteLine(item);
- }
在這段代碼執(zhí)行過(guò)程中，foreach 的循環(huán)體和 GetEnumerator 函數(shù)體實(shí)際上是在同一個(gè)線程中交替執(zhí)行的。這是一種介于線程和順序執(zhí)行之間的協(xié)同執(zhí)行模式，之所以稱之為協(xié)同（Coroutine），是因?yàn)橥瑫r(shí)執(zhí)行的多個(gè)代碼塊之間的調(diào)度是由邏輯隱式協(xié)同完成的。順序執(zhí)行無(wú)所謂并行性，而線程往往是由系統(tǒng)調(diào)度程序強(qiáng)制性搶先切換，相對(duì)來(lái)說(shuō)Win3.x 中的獨(dú)占式多任務(wù)倒是與協(xié)同模型比較類似。
就協(xié)同執(zhí)行而言，從功能上可以分為行為、控制兩部分，控制又可進(jìn)一步細(xì)分為控制邏輯和控制狀態(tài)。行為對(duì)應(yīng)著如何處理目標(biāo)對(duì)象，如上述代碼中：行為就是將目標(biāo)對(duì)象打印到控制臺(tái)；控制則是如何遍歷這個(gè) elements 數(shù)組，可進(jìn)一步細(xì)分為控制邏輯（順序遍歷）和控制狀態(tài)（當(dāng)前遍歷到哪個(gè)元素）。下面將按照這個(gè)邏輯介紹不同語(yǔ)言中如何實(shí)現(xiàn)和模擬這些邏輯。
以 Ruby 語(yǔ)言（語(yǔ)法類似 Python）介紹了 Iterator 機(jī)制是如何簡(jiǎn)化遍歷操作的代碼。實(shí)際上中心思想就是將行為與控制分離，由語(yǔ)言層面的支持來(lái)降低控制代碼的薄記工作。
- deftextfiles(dir)
- Dir.chdir(dir)
- Dir["*"].eachdo|entry|
- yielddir+"\"+entryif/^.*.txt$/=~entry
- ifFileTest.directory?(entry)
- textfiles(entry){|file|yielddir+"\"+file}
- end
- end
- Dir.chdir("..")
- end
- textfiles(“c:\”){|file|
- putsfile
- }
例如上面這段 Ruby 的遞歸目錄處理代碼中，就采用了與 C# 2.0 中完全類似的語(yǔ)法實(shí)現(xiàn)協(xié)同執(zhí)行支持。
對(duì) C# 1.0 和 C++ 這類不支持協(xié)同執(zhí)行的語(yǔ)言，協(xié)同執(zhí)行過(guò)程中的狀態(tài)遷移或者說(shuō)執(zhí)行緒的調(diào)度工作，需要由庫(kù)和使用者自行實(shí)現(xiàn)，例如 STL 中的迭代器 (iterator) 自身必須保存了與遍歷容器相關(guān)的位置信息。例如在 STL 中實(shí)現(xiàn)協(xié)同執(zhí)行：
- #include<vector>
- #include<algorithm>
- #include<iostream>
- //ThefunctionobjectmultipliesanelementbyaFactor
- template<classType>
- classMultValue
- {
- private:
- TypeFactor;//Thevaluetomultiplyby
- public:
- //Constructorinitializesthevaluetomultiplyby
- MultValue(constType&_Val):Factor(_Val){
- }
- //Thefunctioncallfortheelementtobemultiplied
- voidoperator()(Type&elem)const
- {
- elem*=Factor;
- }
- };
- intmain()
- {
- usingnamespacestd;
- vector<int>v1;
- //
- //Usingfor_eachtomultiplyeachelementbyaFactor
- for_each(v1.begin(),v1.end(),MultValue<int>(-2));
- }
雖然 STL 較為成功的通過(guò)迭代器、算法和謂詞，將此協(xié)同執(zhí)行邏輯中的行為和控制分離，謂詞表現(xiàn)行為(MultValue<int>、迭代器(v1.being(), v1.end())表現(xiàn)控制狀態(tài)、算法表現(xiàn)控制邏輯(for_each)，但仍然存在編寫復(fù)雜，使用麻煩，并且語(yǔ)義不連冠的問(wèn)題。以上介紹C#代碼協(xié)同執(zhí)行的支持機(jī)制。
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