關于解決 Java 編程語言線程問題的建議

2019-11-18 10:47:11

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供稿：網友

　　java 編程語言的線程模型可能是此語言中最薄弱的部分。它完全不適合實際復雜程序的要求，而且也完全不是面向對象的。本文建議對 Java 語言進行重大修改和補充，以解決這些問題。
　　
　　Java 語言的線程模型是此語言的一個最難另人滿足的部分。盡管 Java 語言本身就支持線程編程是件好事，但是它對線程的語法和類包的支持太少，只能適用于極小型的應用環境。
　　
　　關于 Java 線程編程的大多數書籍都長篇累牘地指出了 Java 線程模型的缺陷，并提供了解決這些問題的急救包(Band-Aid/邦迪創可貼)類庫。我稱這些類為急救包，是因為它們所能解決的問題本應是由Java 語言本身語法所包含的。從長遠來看，以語法而不是類庫方法，將能產生更高效的代碼。這是因為編譯器和Java 虛擬器 (JVM) 能一同優化程序代碼，而這些優化對于類庫中的代碼是很難或無法實現的。
　　
　　Java 編程語言本身進行一些修改，以使得它能夠真正解決這些線程編程的問題。本文和我這本書的主要區別是，我在撰寫本文時進行了更多的思考,所以對書中的提議加以了提高。這些建議只是嘗試性的 --只是我個人對這些問題的想法，而且實現這些想法需要進行大量的工作以及同行們的評價。但這是究竟是一個開端，我有意為解決這些問題成立一個專門的工作組，假如您感愛好，請發 e-mail 到 threading@holub.com。一旦我真正著手進行，我就會給您發通知。
　　
　　這里提出的建議是非常大膽的。有些人建議對 Java語言規范 (JLS)（請參閱參考資料）進行細微和少量的修改以解決當前模糊的JVM 行為，但是我卻想對其進行更為徹底的改進。
　　
　　在實際草稿中，我的許多建議包括為此語言引入新的要害字。雖然通常要求不要突破一個語言的現有代碼是正確的，但是假如該語言的并不是要保持不變以至于過時的話，它就必須能引入新的要害字。為了使引入的要害字與現有的標識符不產生沖突，經過細心考慮，我將使用一個($) 字符，而這個字符在現有的標識符中是非法的。(例如，使用$task，而不是 task)。此時需要編譯器的命令行開關提供支持，能使用這些要害字的變體，而不是忽略這個美元符號。
　　
　　task（任務）的概念
　　Java
　　線程模型的根本問題是它完全不是面向對象的。面向對象 (OO) 設計人員根本不按線程角度考慮問題；他們考慮的是同步信息異步信息（同步信息被立即處理--直到信息處理完成才返回消息句柄；異步信息收到后將在后臺處理一段時-- 而早在信息處理結束前就返回消息句柄）。Java 編程語言中的Toolkit.getImage() 方法就是異步信息的一個好例子。getImage()的消息句柄將被立即返回，而不必等到整個圖像被后臺線程取回。
　　
　　這是面向對象 (OO) 的處理方法。但是，如前所述，Java的線程模型是非面向對象的。一個 Java 編程語言線程實際上只是一個
　　
　　run() 過程，它調用了其它的過程。在這里就根本沒有對象、異步或同步信息以及其它概念。對于此問題，在我的書中深入討論過的一個解決方法是，使用一個Active_object。 active對象是可以接收異步請求的對象，它在接收到請求后的一段時間內以后臺方式得以處理。在Java 編程語言中，一個請求可被封裝在一個對象中。例如，你可以把一個通過Runnable接口實現的實例傳送給此 active 對象，該接口的 run()方法封裝了需要完成的工作。該 runnable 對象被此 active 對象排入到隊列中，當輪到它執行時，active 對象使用一個后臺線程來執行它。
　　
　　在一個 active 對象上運行的異步信息實際上是同步的，因為它們被一個單一的服務線程按順序從隊列中取出并執行。因此，使用一個active 對象以一種更為過程化的模型可以消除大多數的同步問題。
　　
　　在某種意義上，Java 編程語言的整個 Swing/AWT 子系統是一個 active對象。向一個 Swing 隊列傳送一條訊息的唯一安全的途徑是，調用一個類似SwingUtilities.invokeLater() 的方法，這樣就在 Swing 事件隊列上發送了一個 runnable 對象，當輪到它執行時，Swing 事件處理線程將會處理它。
　　
　　那么我的第一個建議是，向 Java 編程語言中加入一個 task（任務）的概念，從而將active 對象集成到語言中。( task的概念是從 Intel 的 RMX操作系統和 Ada 編程語言借鑒過來的。大多數實時操作系統都支持類似的概念。）
　　
　　一個任務有一個內置的 active 對象分發程序，并自動治理那些處理異步信息的全部機制。
　　
　　定義一個任務和定義一個類基本相同，不同的只是需要在任務的方法前加一個asynchronous 修飾符來指示 active 對象的分配程序在后臺處理這些方法。請參考我的書中第九章的基于類方法，再看以下的 file_io 類，它使用了在《Taming Java Threads》中所討論的 Active_object類來實現異步寫操作：
　　
　　　　interface Exception_handler
　　　　{　 void handle_exception( Throwable e );
　　　　}
　　
　　　　class File_io_task
　　　　{　 Active_object dispatcher = new Active_object();
　　
　　　　　　final OutputStream　　　file;
　　　　　　final Exception_handler handler;
　　
　　　　　　File_io_task( String file_name, Exception_handler handler )
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　throws IOException
　　　　　　{　 file = new FileOutputStream( file_name );
　　　　　　　　this.handler = handler;
　　　　　　}
　　
　　　　　　public void write( final byte[] bytes )
　　　　　　{
　　　　　　　　// The following call asks the active-object dispatcher
　　　　　　　　// to enqueue the Runnable object on its request
　　　　　　　　// queue. A thread associated with the active object
　　　　　　　　// dequeues the runnable objects and executes them
　　　　　　　　// one at a time.
　　
　　　　　　　　dispatcher.dispatch
　　　　　　　　(　 new Runnable()
　　　　　　　　　　{　 public void run()
　　　　　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　　　　　try
　　　　　　　　　　　　　　{　 byte[] copy new byte[ bytes.length ];
　　　　　　　　　　　　　　　　System.arrayCopy(　 bytes,　0,
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　copy,　 0,
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　bytes.length );
　　　　　　　　　　　　　　　　file.write( copy );
　　　　　　　　　　　　　　}
　　　　　　　　　　　　　　catch( Throwable PRoblem )
　　　　　　　　　　　　　　{　 handler.handle_exception( problem );
　　　　　　　　　　　　　　}
　　　　　　　　　　　　}
　　　　　　　　　　}
　　　　　　　　);
　　　　　　}
　　　　}
　　所有的寫請求都用一個 dispatch() 過程調用被放在 active-object的輸入隊列中排隊。

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