Actor、Coroutine和Continuation的概念澄清
Posted on 2010-03-23 11:49 dennis 閱讀(7677) 評論(0) 編輯 收藏 所屬分類: 動態(tài)語言 、java 、計算機科學(xué)與基礎(chǔ)??? Actor、Coroutine和Continuation這三個概念由于并發(fā)的受關(guān)注而被經(jīng)常提到,這里主要想談下這三者的區(qū)別和聯(lián)系,以便更好的區(qū)分問題領(lǐng)域和討論。首先,Actor和Coroutine在我看來是兩種并發(fā)模型,僅針對于并發(fā)這個領(lǐng)域,而Continuation則是程序設(shè)計領(lǐng)域的一個概念,相比于Actor和Coroutine是一個更基礎(chǔ)的概念。
??? 那么,什么是Continuation?這個要從表達式的求值說起。一個表達式的求值可以分為兩個階段:“What to evaluate?”和“What to do with the value”,“What to do with the value”就是計算的Continuation。以下面這段代碼為例:
if?x<3?then
???return?x+1
else
???return?x
end
???return?x+1
else
???return?x
end
??? 考察其中的表達式x<3,這個表達式就是“what to evaluate?”,代表你將計算的東西,然后根據(jù)x<3的結(jié)果決定是執(zhí)行x+1還是直接返回x,這個根據(jù)x<3的值來決定下一步的過程就是這個表達式的Continuation,也就是"what to do with the value"。怎么得到某個表達式的Continuation呢?在支持Continuation的語言里提供了call-with-current-continuation的函數(shù),通常簡稱為call/cc,使用這個函數(shù)你就可以在任何代碼中得到Continuation。進一步,continuation有什么作用呢?它可以做的事情不少,如nonlocal exits、回溯、多任務(wù)的實現(xiàn)等等。例如在scheme中沒有break語句,就可以用call/cc實現(xiàn)一些此類高級的控制結(jié)構(gòu):
(call/cc?(lambda?(break)
????????(for-each?(lambda?(x)?(if?(<?x?0)?(break?x)))
????????????????'(99?88?-77?66?55))
????????#t))
????????(for-each?(lambda?(x)?(if?(<?x?0)?(break?x)))
????????????????'(99?88?-77?66?55))
????????#t))
??? 上面這段代碼查找列表(99 88 -77 66 55)中的負數(shù),當查找到的時候馬上從迭代中退出并返回該值,其中的break就是一個continuation。剛才還提到continuation可以實現(xiàn)回溯,那么就可以實現(xiàn)一個窮舉的機器出來用來搜索解空間,也就是類似Prolog中的回溯機制,在SICP這本書里就介紹了如何用call/cc實現(xiàn)一個簡單的邏輯語言系統(tǒng)。更著名的就是神奇的amb操作符,有興趣可以看看這里。
????
???? 接下來我們來看看如何continuation實現(xiàn)多任務(wù),在Continuation的維基百科里給了一段代碼來展示如何用scheme來實現(xiàn)coroutine,我稍微修改了下并添加了注釋:
;;continuation棧,保存了等待執(zhí)行的continuation
(define?call/cc?call-with-current-continuation)
(define?*queue*?'())
(define?(empty-queue?)
????????(null??*queue*))
(define?(enqueue?x)
????????(set!?*queue*?(append?*queue*?(list?x))))
(define?(dequeue)
????????(let?((x?(car?*queue*)))
??????????????(set!?*queue*?(cdr?*queue*))
?????????x))
;;啟動協(xié)程
(define?(resume?proc)
???????(call/cc
?????????(lambda?(k)
???????????;;保存當前continuation,執(zhí)行proc
???????????(enqueue?k)
???????????(proc))))
;;讓出執(zhí)行權(quán)
(define?(yield)
?????(call/cc
??????(lambda?(k)
?????????;;保存當前continuation,彈出上一次執(zhí)行的cont并執(zhí)行
????????(enqueue?k)
????????((dequeue)))))
;;停止當前協(xié)程或者當沒有一個協(xié)程時停止整個程序,最簡單的調(diào)度程序
(define?(thread-exit)
?????(if?(empty-queue?)
?????????(exit)
?????????((dequeue))))
(注:scheme以分號開頭作為注釋)(define?call/cc?call-with-current-continuation)
(define?*queue*?'())
(define?(empty-queue?)
????????(null??*queue*))
(define?(enqueue?x)
????????(set!?*queue*?(append?*queue*?(list?x))))
(define?(dequeue)
????????(let?((x?(car?*queue*)))
??????????????(set!?*queue*?(cdr?*queue*))
?????????x))
;;啟動協(xié)程
(define?(resume?proc)
???????(call/cc
?????????(lambda?(k)
???????????;;保存當前continuation,執(zhí)行proc
???????????(enqueue?k)
???????????(proc))))
;;讓出執(zhí)行權(quán)
(define?(yield)
?????(call/cc
??????(lambda?(k)
?????????;;保存當前continuation,彈出上一次執(zhí)行的cont并執(zhí)行
????????(enqueue?k)
????????((dequeue)))))
;;停止當前協(xié)程或者當沒有一個協(xié)程時停止整個程序,最簡單的調(diào)度程序
(define?(thread-exit)
?????(if?(empty-queue?)
?????????(exit)
?????????((dequeue))))
???? 這其實就是一個coroutine的簡單實現(xiàn),context的保存、任務(wù)的調(diào)度、resume/yield原語……樣樣俱全。使用起來類似這樣,下面這段程序輪流打印字符串:
(define?(display-str?str)
????????(lambda()
?????????(let?loop()
??????????????(display?str)
??????????????(newline)
??????????????(yield)
??????????????(loop))))
;;;創(chuàng)建兩個協(xié)程并啟動調(diào)度器
(resume?(display-str?"This?is?AAA"))
(resume?(display-str?"Hello?from?BBB"))
(thread-exit)
????????(lambda()
?????????(let?loop()
??????????????(display?str)
??????????????(newline)
??????????????(yield)
??????????????(loop))))
;;;創(chuàng)建兩個協(xié)程并啟動調(diào)度器
(resume?(display-str?"This?is?AAA"))
(resume?(display-str?"Hello?from?BBB"))
(thread-exit)
???? 任務(wù)非常簡單,打印下傳入的字符串并換行,然后讓出執(zhí)行權(quán)給另一個任務(wù)執(zhí)行,因此輸出:
This?is?AAA
Hello?from?BBB
This?is?AAA
Hello?from?BBB
This?is?AAA
Hello?from?BBB
This?is?AAA
Hello?from?BBB
……
Hello?from?BBB
This?is?AAA
Hello?from?BBB
This?is?AAA
Hello?from?BBB
This?is?AAA
Hello?from?BBB
……
??? 談了這么多continuation的應(yīng)用,事實上我想說明的是continuation可以用來實現(xiàn)協(xié)程,Ruby 1.9中call/cc和Fiber的實現(xiàn)(在cont.c)大體是一樣的同樣說明了這一點。
???? 接下來我們討論下Actor和Coroutine的關(guān)系,上面提到Actor是一種并發(fā)模型,我更愿意稱之為一種編程風(fēng)格,Actor跟message passing、Duck Typing是一脈相承的。Actor風(fēng)格是可以這么描述:將物理世界抽象成一個一個的Actor,Actor之間通過發(fā)送消息相互通信,Actor不關(guān)心消息是否能被接收或者能否投遞到,它只是簡單地投遞消息給其他actor,然后等待應(yīng)答。Actor相比于Coroutine是一種更高層次的抽象,它提供的receive和pattern match的原語更接近于現(xiàn)實世界,而使用coroutine編程你還需要手工介入任務(wù)調(diào)度,這在Actor中是由一個調(diào)度器負責的。
??? 同樣,Actor可以用coroutine實現(xiàn),例如Ruby有個revactor項目,就是利用1.9引入的Fiber實現(xiàn)actor風(fēng)格的編程,它的實現(xiàn)非常簡單,有興趣地可以看看,其實跟continuation實現(xiàn)coroutine類似。但是Actor并不是一定要用coroutine才能實現(xiàn),Actor是一種編程風(fēng)格,你在Java、C#、C++中同樣可以模擬這樣的方式去做并發(fā)編程,.net社區(qū)的老趙實現(xiàn)過一個簡單的Actor,Scala的Actor實現(xiàn)是基于外部庫,利用scala強大的元編程能力使得庫的使用像內(nèi)置于語言。
??? 總結(jié)下我想表達的:Continuation是程序設(shè)計領(lǐng)域的基礎(chǔ)概念,它可以用于實現(xiàn)coroutine式的多任務(wù),Actor是一種比之coroutine更為抽象的編程風(fēng)格,Actor可以基于Coroutine實現(xiàn)但并非必須,Actor和Coroutine都是現(xiàn)在比較受關(guān)注的并發(fā)模型。