基于角色模型的 Java 開(kāi)發(fā)
對(duì)于軟件開(kāi)發(fā)人員而言，調(diào)試多線(xiàn)程應(yīng)用程序中的非確定缺陷是最痛苦的工作。因此，像大多數(shù)人一樣，我鐘愛(ài)使用 Erlang 和 Scala 等函數(shù)語(yǔ)言進(jìn)行并發(fā)編程。
Scala 和 Erlang 都采用了角色模型來(lái)進(jìn)行并發(fā)編程，沒(méi)有采用線(xiàn)程概念。圍繞角色模型的創(chuàng)新并不僅限于語(yǔ)言本身，角色模型也可供 Kilim 等基于 Java 的角色框架使用。
Kilim 對(duì)角色模型的使用非常直觀，稍后您將看到，該庫(kù)使構(gòu)建并發(fā)應(yīng)用程序變得異常簡(jiǎn)單。
多核挑戰(zhàn)
在 2005 年，Herb Sutter 編寫(xiě)了一篇現(xiàn)在仍然頗為著名的文章 “The Free Lunch is Over: A Fundamental Turn Toward Concurrency in Software”。在這篇文章中，他摒棄了一直誤導(dǎo)著人們的觀念，那就是摩爾定律將繼續(xù)促進(jìn)越來(lái)越高的 CPU 時(shí)鐘速率。
Sutter 預(yù)言了 “免費(fèi)午餐” 的終結(jié)，通過(guò)越來(lái)越快的芯片來(lái)捎帶提升軟件應(yīng)用程序的性能將不再可能。相反，他認(rèn)為應(yīng)用程序性能的顯著提升將需要利用多核芯片架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
事實(shí)證明他是對(duì)的。芯片制造商已經(jīng)達(dá)到了一種硬性限制，芯片速率已穩(wěn)定在 3.5 GHz 左右多年了。隨著制造商越來(lái)越快地增加芯片上的核心數(shù)量，摩爾定律在多核領(lǐng)域繼續(xù)得以滿(mǎn)足。
Sutter 還提到并發(fā)編程將使開(kāi)發(fā)人員能夠利用多核架構(gòu)。但是，他補(bǔ)充道，“相比如今的各種語(yǔ)言提供的編程模型，我們亟需一種更高級(jí)的并發(fā)編程模型。”
Java 等語(yǔ)言的基本編程模型是基于線(xiàn)程的。盡管多線(xiàn)程應(yīng)用程序并不是很難編寫(xiě)，但正確 編寫(xiě)它們?nèi)匀幻媾R許多挑戰(zhàn)。并發(fā)編程的一個(gè)困難之處是利用線(xiàn)程來(lái)考慮并發(fā)性。如今已有許多并發(fā)模型，一種特別有趣并獲得了 Java 社區(qū)認(rèn)可的模型就是角色模型。
角色模型
角色模型是一種不同的并發(fā)進(jìn)程建模方式。與通過(guò)共享內(nèi)存與鎖交互的線(xiàn)程不同，角色模型利用了 “角色” 概念，使用郵箱來(lái)傳遞異步消息。在這里，郵箱 類(lèi)似于實(shí)際生活中的郵箱，消息可以存儲(chǔ)并供其他角色檢索，以便處理。郵箱有效地將各個(gè)進(jìn)程彼此分開(kāi)，而不用共享內(nèi)存中的變量。
角色充當(dāng)著獨(dú)立且完全不同的實(shí)體，不會(huì)共享內(nèi)存來(lái)進(jìn)行通信。實(shí)際上，角色僅能通過(guò)郵箱通信。角色模型中沒(méi)有鎖和同步塊，所以不會(huì)出現(xiàn)由它們引發(fā)的問(wèn)題，比如死鎖、嚴(yán)重的丟失更新問(wèn)題。而且，角色能夠并發(fā)工作，而不是采用某種順序方式。因此，角色更加安全（不需要鎖和同步），角色模型本身能夠處理協(xié)調(diào)問(wèn)題。在本質(zhì)上，角色模型使并發(fā)編程更加簡(jiǎn)單了。
角色模型并不是一個(gè)新概念，它已經(jīng)存在很長(zhǎng)時(shí)間了。一些語(yǔ)言（比如 Erlang 和 Scala）的并發(fā)模型就是基于角色的，而不是基于線(xiàn)程。實(shí)際上，Erlang 在企業(yè)環(huán)境中的成功（Erlang 由 Ericsson 創(chuàng)建，在電信領(lǐng)域有著悠久的歷史）無(wú)疑使角色模型變得更加流行，曝光率更高，而且這也使它成為了其他語(yǔ)言的一種可行的選擇。Erlang 是角色模型更安全的并發(fā)編程方法的一個(gè)杰出示例。
不幸的是，角色模型并沒(méi)有植入到 Java 平臺(tái)中，但我們可以通過(guò)各種方式使用它。JVM 對(duì)替代語(yǔ)言的開(kāi)放性意味著您可以通過(guò) Java 平臺(tái)語(yǔ)言（比如 Scala 或 Groovy）來(lái)利用角色（參見(jiàn) 參考資料，了解 Groovy 的角色庫(kù) GPars）。另外，您可以試用一種支持角色模型且基于 Java 的庫(kù)，比如 Kilim。
Kilim 中的角色
Kilim 是一個(gè)使用 Java 編寫(xiě)的庫(kù)，融入了角色模型的概念。在 Kilim 中，“角色” 是使用 Kilim 的 Task 類(lèi)型來(lái)表示的。Task 是輕量型的線(xiàn)程，它們通過(guò) Kilim 的 Mailbox 類(lèi)型與其他 Task 通信。
Mailbox 可以接受任何類(lèi)型的 “消息”。例如，Mailbox 類(lèi)型接受 java.lang.Object。Task 可以發(fā)送 String 消息或者甚至自定義的消息類(lèi)型，這完全取決于您自己。
在 Kilim 中，所有實(shí)體都通過(guò)方法簽名捆綁在一起，如果您需要同時(shí)執(zhí)行幾項(xiàng)操作，可以在一個(gè)方法中指定該行為，擴(kuò)大該方法的簽名以?huà)伋?Pausable。因此，在 Kilim 中創(chuàng)建并發(fā)類(lèi)就像在 Java 中實(shí)現(xiàn) Runnable 或擴(kuò)展 Thread 一樣簡(jiǎn)單。只是使用 Runnable 或 Thread 的附加實(shí)體（比如關(guān)鍵字 synchronized）更少了。
***，Kilim 的魔力是由一個(gè)稱(chēng)為 weaver 的后期進(jìn)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該進(jìn)程轉(zhuǎn)換類(lèi)的字節(jié)碼。包含 Pausable throws 字句的方法在運(yùn)行時(shí)由一個(gè)調(diào)度程序處理，該調(diào)度程序包含在 Kilim 庫(kù)中。該調(diào)度程序處理有限數(shù)量的內(nèi)核線(xiàn)程?？梢岳么斯ぞ邅?lái)處理更多的輕量型線(xiàn)程，這可以***限度地提高上下文切換和啟動(dòng)的速度。每個(gè)線(xiàn)程的堆棧都是自動(dòng)管理的。
在本質(zhì)上，Kilim 使創(chuàng)建并發(fā)進(jìn)程變得輕松而簡(jiǎn)單：只需從 Kilim 的 Task 類(lèi)型進(jìn)行擴(kuò)展并實(shí)現(xiàn) execute 方法。編譯新創(chuàng)建的支持并發(fā)性的類(lèi)之后，對(duì)其運(yùn)行 Kilim 的 weaver，您會(huì)實(shí)現(xiàn)顯著的性能提升！
Kilim 最初是一種外來(lái)語(yǔ)言，但它帶來(lái)了巨大的回報(bào)。角色模型（以及后來(lái)的 Kilim）使編寫(xiě)依賴(lài)于類(lèi)似對(duì)象的異步操作對(duì)象變得更加簡(jiǎn)單和安全。您可以 使用 Java 的基本線(xiàn)程模型進(jìn)行同樣的操作（比如擴(kuò)展 Thread），但這更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)樗鼤?huì)將您帶回鎖和同步的世界中。簡(jiǎn)而言之，將您的并發(fā)編程模型轉(zhuǎn)換為角色使多線(xiàn)程應(yīng)用程序更容易編碼。
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