冒號和他的學生們
——程序員提高班紀事
12．情景范式
理論是認生的孩童，多陪他玩玩，自會活潑起來 ——題記
嘆號摘下眼鏡，揉了揉眼：“范式再好，多了也難免有些審美疲勞。”
逗號也搓著太陽穴：“現在腦子被灌得沉甸甸的。”
“彼此彼此！你們的腦袋鬧澇災，我的喉嚨鬧旱災。”冒號說著，拿起礦泉水瓶一飲而盡。
大伙聽著怪別扭的，這不是拐著彎說我們腦子進水了嗎？
冒號清了清嗓子：“為尊重民意，也為避免消化不良，大家先放松一下。下面我們來個情景編程。”
“情景編程？沒聽說過，只聽說過情景英語。”問號覺得新鮮。
“都是學語言嘛，有何兩樣？”冒號輕描淡寫，“讓我們試著用生活中的實例將一些編程范式串聯起來。前面提到，OOP可以看作管理一個服務型公司，現在以餐館為例，你們每人設計一類對象及其提供的服務。”
問號來了興致：“我先來吧。構造一個前臺接待員，負責迎客、引座、送客。”
句號很是不滿：“還真不客氣，上來就把最漂亮的對象搶走了。”
臺下一陣笑聲。
“我來構建最常見的服務員。”逗號一捋袖子，似乎準備開干的樣子，“負責斟茶、寫菜、上菜、換盤。”
“嗯，很熟練。”冒號一本正經。
句號實在得很：“我設計收銀員，專管收帳、出具發票。”
引號頗為自豪：“我造一個技術含量最高的大廚，專門負責烹調。”
逗號不服：“你倒簡單，那么高的技術含量，敢情炒肉和燉肉一個做法啊？”
引號自覺理虧：“那就負責蒸、煮、炒、燉吧。”
冒號為其辯護：“引號同學并沒有錯，可惜沒能堅持。廚師只需提供一種服務：把紙上菜變成盤中菜，至于蒸、煮、炒、燉等具體做法純屬實現細節。”
嘆號有點委屈：“唉，看來我只好做技術含量最低的廚工了，負責食品預加工、洗碗、打掃清潔。”
冒號將大家設計的類翻譯成Java——
// 前臺接待員
Class Receptionist
{
public void receive(Customer) {…} // 迎客
public void usher(Customer) {…} // 引座
public void send(Customer) {…} // 送客
}
// 服務員
Class Waiter
{
public void pourTea(Customer) {…} // 斟茶
public List<Order> write(Customer) {…} // 寫菜
public void serve(Customer, Course) {…} // 上菜
public void exchangePlate(Customer) {…} // 換盤
}
// 收銀員
Class Cashier
{
public void charge(Customer) {…} // 收帳
public void issueInvoice(Customer) {…} // 出具發票
}
// 廚師
Class Cook
{
public Course cook(Order) {…} // 烹調
}
// 廚工
Class KitchenHand
{
public void prepareFood() {…} // 準備食品
public void washDishes() {…} // 洗碗
public void clean() {…} // 打掃清潔
}
“你們造人，我來造物。”冒號構造了一個餐館的類——
// 餐館
Class Restaurant
{
// 每當有顧客來訪，返回該顧客
private Customer accept() {…}
// 為指定顧客提供所有的餐館服務
private void serve(Customer customer) {…}
// 餐館服務
public void service()
{
while (true) // 無限循環，假設餐館7×24小時營業
{
final Customer customer;
if ((customer = accept() ) != null) // 某顧客來訪
{
serve(customer); // 為該顧客提供服務
}
}
}
}
冒號解說道：“這里accept類似Socket的accept，屬于堵塞呼叫（blocking
call），意味著此方法將堵塞進程直至收到新數據。為簡單計，把一行顧客當作一個Customer。大家對此段代碼有何看法？”
“沒什么，很簡單啊。”逗號說完補充一句，“關鍵是serve方法的實現。”
“這里我們明顯用到了兩個范式，對象式和過程式。”冒號提示道。
引號會意：“應該還需要并發式。serve如果與service在同一線程中運行，那么餐館只有等服務完一個Customer后才能服務后面的，這顯然是荒唐的。”
“對極了！”冒號將“serve(customer);”改寫為——
// serve(customer); // 錯誤地使用單線程！
new Thread // 構造一個線程
(new Runnable()
{
public void run(){ Restaurant.this.serve(customer); }
}).start(); // 啟動該線程
冒號解釋：“這回serve在新線程中運行，不會耽誤Restaurant服務下一位Customer了。”
問號眼尖：“我注意到聲明customer時前面加上了關鍵字final，有必要嗎？”
“如果不用線程，是不必要的。”冒號回應道，“我們在建造線程時用到了實現Runnable接口的匿名類（anonymous class），它是涉及到局部變量customer的內部類（inner class），Java語法要求該局部變量必須是final類型。值得一提的是，這里不僅用到了并發式，而且與函數式也密切相關。”
“函數式？”逗號奇道。
“不錯。”冒號堅定地點著頭，“函數式的一個重要特征是：函數是頭等公民（first-class
citizen），即與其他基本數據類型一樣，可以作為傳遞參數、作為其他函數返回值或與變量名綁定。閉包（closure）便是這樣一種函數，并且能保留當初創建時周圍的環境變量。以上匿名類本質上是函數serve的包裝，經實例化后作為參數傳入Thread的構造函數，并且記住了外部類的局部變量customer——這也是為什么它必須是final以保證不被重新賦值的原因。應該說這是一種OO化的閉包形式，預計在Java 7中它的用法會更簡潔。”
句號自告奮勇：“我來具體實現serve吧。”
得到冒號的默許，句號在黑板上寫下——
private void serve(Customer customer)
{
// 找一個空閑的接待員
Receptionist receptionist = findReceptionist();
receptionist.receive(customer);
receptionist.usher(customer);
// 找一個空閑的服務員
Waiter waiter = findWaiter();
waiter.pourTea(customer);
List<Order> orders = waiter.write(customer);
// 將菜單交給一位廚師
Cook cook = waiter.pass(orders);
for (Order order : orders) // 廚師照單做菜
{
Course course = cook.cook(order);
// 找一個空閑的服務員
waiter = findWaiter();
// 服務員上菜
waiter.serve(customer, course);
// 顧客開始享用
customer.eat(course);
}
// 顧客用餐完畢。。。
// 找一個空閑的收銀員
Cashier cashier = findCashier();
cashier.charge(customer);
cashier.issueInvoice(customer);
// 找一個空閑的接待員
receptionist = findReceptionist();
receptionist.send(customer);
}
句號寫畢又復查一遍，拍拍手上的粉筆灰，心滿意足地走下臺來。
嘆號提意見：“我的廚工沒派上用場，應該在廚師烹調前調用KitchenHand的prepareFood方法。”
問號挑出另外的毛病：“在for循環中，廚師、服務員和顧客的行為應該在不同的線程中，廚師不可能等服務員上完一道菜或顧客吃完一道菜后才做下一道。”
“可能更復雜呢！”逗號也來湊熱鬧，“一位顧客點的幾樣菜可能分別由幾位廚師同時做，每位廚師都在不同的線程中工作。”
引號更嚴謹：“還應有一個后臺線程，讓Waiter隨時exchangePlate，讓KitchenHand隨時washDishes和clean，這樣所有服務人員提供的服務都用上了。”
句號倒抽涼氣：“估不到漏洞這么多，并發式真是無處不在啊。”
冒號指著引號：“剛才有人不滿你的大廚職責過于簡單，現在你來實現一下，也好顯顯技術含量。”
引號在臺上摸了半天頭，編出一段代碼——
Class Cook
{
public Course cook(Order order)
{
// 根據菜單查食譜
Recipe recipe = lookupRecipe(order);
// 找到食譜的烹調步驟
List<Instruction> instructions = recipe.getInstructions();
for (Instruction instruction : instructions)
{
follow(instruction); // 按食譜的指令操作
}
}
}
“堂堂大廚原來是靠查食譜做菜的。”逗號揶揄道。
引號為難地說：“這不是在編程嘛，好端端的人腦，不得不去模擬電腦，完全搞倒了。”
“要設計會烹調的機器人，興許還真得這樣呢。”冒號笑道，“不過由于各種菜式組合繁多，如果每種菜都配菜譜未免太龐雜，如何精簡呢？”
句號建議：“菜式成千上萬，烹調技法相對少許多，不妨以技法為主線。”
“好主意！”冒號挑起大拇指，“如果把待加工的菜看作數據，技法看作算法，將數據與算法分離，以算法為中心，那是什么范式？”
“泛型式！”大家異口同聲。
“至此我們已涉及了過程式、對象式、并發式、函數式和泛型式。”引號如數家珍，“還差邏輯式、元編程和切面式了。”
冒號把目光轉向逗號：“寫菜單并不容易，如果客人不直接點菜，你的服務員如何向他推薦？”
逗號答：“最簡單的方法是報菜名，并一一詢問客人。”
冒號皺眉：“這樣你是簡單了：一個迭代就搞定，可客人也該發火了。”
逗號趕緊修正：“先詢問客人的口味、忌諱等等，再向他建議一些菜式。”
“這還差不多。”冒號眉頭舒展開來，“考慮到客人的口味、忌諱等各有不同，餐館的菜單也隨時可能變化，如果把這些都硬編碼（hardcode），代碼將成為懶婆娘的裹腳——又臭又長又難維護。”
引號提議：“可以把這些信息預先存入數據庫，屆時用SQL查詢。”
“想法很好，只是有一點難度。”冒號提醒道，“這些信息并非簡單的對應關系，包含一些邏輯推理，甚至需要一些模糊判斷。”
句號一拍大腿：“前面不是提到領域特定語言DSL嗎？將所有規則用自定義的DSL編寫，再利用元編程轉換成C、Java之類的通用語言，不是很好嗎？”
“棒極了！”冒號不吝贊詞，“不過還有一種思路。我們可以搜集餐館的菜式、顧客口味、忌諱以及各種菜與口味、忌諱之間的關系等等一系列事實和規則，用規則語言（Rule
Language）如RuleML、SWRL、Jess等來描述，通過規則引擎（Rule Engine）來導出符合顧客需求的菜肴。這種方式將業務規則與應用程序分離、將知識與邏輯實現分離，是SoC原理的一種應用，同時也是一種邏輯式編程。”
問號關心地問：“這些規則引擎與Java程序兼容嗎？”
冒號回答：“不少規則引擎用Java實現或專為Java平臺設計，如Jess、Drools、JLisa等，另外Sun還發布了javax.rules
API (JSR 94)以統一對各類引擎的訪問接口。”
講到此處，每個人都意識到，只剩下最后一個范式了。
冒號提出新問題：“假如餐館經理接到顧客投訴，反映服務人員態度不好，衛生狀況也不理想，應該怎么辦？”
問號搶先說：“首先我的接待員在receive時要笑容可掬地對顧客說：‘歡迎光臨！’，在send時要對顧客鞠躬：‘請慢走，歡迎下次再來’”
逗號接著說：“我的服務員在上完菜后應對客人說：‘請慢用’，句號的收銀員也應加些禮貌用語，讓人家高高興興地掏錢。”
句號補充道：“服務員在serve前、廚師在cook前應洗手，廚工在washDishes后應對餐具消毒。”
冒號緊接著問：“如果餐館對禮貌規范或衛生標準做修改，必然要牽扯不同類中的不同的方法，維護起來很不方便，怎樣才能有效地解決這個問題呢？”
答案已經昭然若揭了。
冒號干脆自問自答：“不錯，正是用切面式編程。只要創立兩個Aspect：Etiquette和Sanitation，分別負責禮貌規范和衛生標準方面的事務。一旦某一方面的要求發生變化，比如餐館來了外賓，或者碰上非典或禽流感，只需在相應的Aspect模塊中作調整：將禮貌用語換成英語或者提高衛生標準等等。如果采用runtime
AOP，甚至還可在運行期選擇激活或禁用這些Aspect。”
下面開始有些騷動，大伙早已腦中滿滿而腹中空空，有些頭重腳輕了。
冒號見狀，遂發出激動人心的號召：“今天的課到此結束，讓我們從虛擬的餐館中走出，到真實的餐館中去吧。”
眾人齊聲歡呼。