冒号和他的学生们

——程序员提高班纪事

 

11 ．编程范式：情景编程

理论是认生的孩童，陪他多玩玩，自会活泼起来                             ——题记                             

 

叹号摘下眼镜，揉了揉眼：“范式再好，多了也难免有些审美疲劳。”

逗号也搓着太阳穴：“现在脑子被灌得沉甸甸的。”

“彼此彼此！你们的脑袋闹涝灾，我的喉咙闹旱灾。”冒号说着，拿起矿泉水瓶一饮而尽。

大伙听着怪别扭的，这不是拐着弯说我们脑子进水了吗？

冒号清了清嗓子：“为尊重民意，也为避免消化不良，大家先放松一下。下面我们来个情景编程 。”

“情景编程？没听说过，只听说过情景英语。”问号觉得新鲜。

“都是学语言嘛，有何两样？”冒号轻描淡写，“让我们试着用生活中的实例将一些编程范式串联起来。前面提到， OOP可以看作管理一个服务型公司，现在以餐馆为例，你们每人设计一类对象及其提供的服务。”

问号来了兴致：“我先来吧。构造一个前台接待员，负责迎客、引座、送客。”

句号很是不满：“还真不客气，上来就把最漂亮的对象抢走了。”

台下一阵笑声。

“我来构建最常见的服务员。”逗号一捋袖子，似乎准备开干的样子，“负责斟茶、写菜、上菜、换盘。”

“嗯，很熟练。”冒号一本正经。

句号实在得很：“我设计收银员，专管收帐、出具发票。”

引号颇为自豪：“我造一个技术含量最高的大厨，专门负责烹调。”

逗号不服：“你倒简单，那么高的技术含量，敢情炒肉和炖肉一个做法啊？”

引号自觉理亏：“那就负责蒸、煮、炒、炖吧。”

冒号为其辩护：“引号同学并没有错，可惜没能坚持。厨师只需提供一种服务：把纸上菜变成盘中菜，至于蒸、煮、炒、炖等具体做法纯属实现细节。”

叹号有点委屈：“唉，看来我只好做技术含量最低的厨工了，负责食品预加工、洗碗、打扫清洁。”

冒号将大家设计的类翻译成 Java ——

// 前台接待员

Class Receptionist

{

      public void receive(Customer)                    {…} // 迎客

      public void usher(Customer)                                    {…} // 引座

      public void send(Customer)                                    {…} // 送客

}

 

// 服务员

Class Waiter

{

public void pourTea(Customer)                 {…} // 斟茶

      public List<Order> write(Customer)                        {…} // 写菜

      public void serve(Customer, Course)                        {…} // 上菜

public void exchangePlate(Customer)            {…} // 换盘

}

 

// 收银员

Class Cashier

{

      public void charge(Customer)                                {…} // 收帐

      public void issueInvoice(Customer)             {…} // 出具发票

}

 

// 厨师

Class Cook

{

      public Course cook(Order)                             {…} // 烹调

}

 

// 厨工

Class KitchenHand

{

public void prepareFood()                          {…} // 准备食品

      public void washDishes()                            {…} // 洗碗

public void clean()                                          {…} // 打扫清洁

}

 

“你们造人，我来造物。”冒号构造了一个餐馆的类——

// 餐馆

Class Restaurant

{

// 每当有顾客来访，返回该顾客

private Customer accept() {…}

 

      // 为指定顾客提供所有的餐馆服务

private void serve(Customer customer) {…}

 

// 餐馆服务

public void service()

{

                  while (true) // 无限循环，假设餐馆 7 × 24 小时营业

                  {

                              final Customer customer;

                              if ((customer = accept() ) != null) // 某顾客来访

                              {

                                          serve(customer);  // 为该顾客提供服务

}

}

}

}

 

冒号解说道：“这里 accept类似 Socket的 accept，属于堵塞呼叫 （ blocking call），意味着此方法将堵塞进程直至收到新数据。为简单计，把一行顾客当作一个 Customer。大家对此段代码有何看法？”

“没什么，很简单啊。”逗号说完补充一句，“关键是 serve方法的实现。”

“这里我们明显用到了两个范式，对象式 和过程式 。”冒号提示道。

引号会意：“应该还需要并发式。 serve如果与 service在同一线程中运行，那么餐馆只有等服务完一个 Customer后才能服务后面的，这显然是荒唐的。”

“对极了！”冒号将“ serve(customer);”改写为——

// serve(customer);   // 错误地使用单线程！

new Thread              // 构造一个线程

(new Runnable()

{

                   public void run(){ Restaurant.this.serve(customer); }

}).start();         // 启动该线程

 

冒号解释：“这回 serve在新线程中运行，不会耽误 Restaurant服务下一位 Customer了。”

问号眼尖：“我注意到声明 customer时前面加上了关键字 final，有必要吗？”

“如果不用线程，是不必要的。”冒号回应道，“我们在建造线程时用到了实现 Runnable接口的匿名类 （ anonymous class），它是涉及到局部变量 customer的内部类 （ inner class）， Java语法要求该局部变量必须是 final类型。值得一提的是，这里不仅用到了并发式 ，而且与函数式 也密切相关。”

“函数式？”逗号奇道。

“不错。”冒号坚定地点着头，“函数式的一个重要特征是：函数是头等公民 （ first-class citizen），即与其他基本数据类型一样，可以作为传递参数、作为其他函数返回值或与变量名绑定。闭包 （ closure）便是这样一种函数，并且能保留当初创建时周围的环境变量。以上匿名类本质上是函数 serve的包装，经实例化后作为参数传入 Thread的构造函数，并且记住了外部类的局部变量 customer——这也是为什么它必须是 final以保证不被重新赋值的原因。应该说这是一种 OO化的闭包形式，预计在 Java 7中它的用法会更简洁。”

句号自告奋勇：“我来具体实现 serve吧。”

得到冒号的默许，句号在黑板上写下——

private void serve(Customer customer)

{

       // 找一个空闲的接待员

Receptionist receptionist = findReceptionist();

receptionist.receive(customer);

receptionist.usher(customer);

            // 找一个空闲的服务员

Waiter waiter = findWaiter();

waiter.pourTea(customer);

List<Order> orders = waiter.write(customer)  ;

// 将菜单交给一位厨师

Cook cook = waiter.pass(orders);

for (Order order : orders) // 厨师照单做菜

{

            Course course = cook.cook(order);

            // 找一个空闲的服务员

waiter = findWaiter();

// 服务员上菜

waiter.serve(customer, course);

// 顾客开始享用

customer.eat(course);

}

 

// 顾客用餐完毕。。。

      // 找一个空闲的收银员

      Cashier cashier = findCashier();

      cashier.charge(customer);

      cashier.issueInvoice(customer);

       // 找一个空闲的接待员

receptionist = findReceptionist();

receptionist.send(customer);

}

 

句号写毕又复查一遍，拍拍手上的粉笔灰，心满意足地走下台来。

叹号提意见：“我的厨工没派上用场，应该在厨师烹调前调用 KitchenHand的 prepareFood方法。”

问号挑出另外的毛病：“在 for循环中，厨师、服务员和顾客的行为应该在不同的线程中，厨师不可能等服务员上完一道菜或顾客吃完一道菜后才做下一道。”

“可能更复杂呢！”逗号也来凑热闹，“一位顾客点的几样菜可能分别由几位厨师同时做，每位厨师都在不同的线程中工作。”

引号更严谨：“还应有一个后台线程，让 Waiter随时 exchangePlate，让 KitchenHand随时 washDishes和 clean，这样所有服务人员提供 的 服务都用上了。”

句号吸口凉气：“估不到漏洞这么多，并发式真是无处不在啊。”

冒号指着引号：“刚才有人不满你的大厨职责过于简单，现在你来实现一下，也好显显技术含量。”

引号在台上摸了半天头，编出一段代码——

Class Cook

{

      public Course cook(Order order)

{

            // 根据菜单查食谱

Recipe recipe = lookupRecipe(order);

// 找到食谱的烹调步骤

List<Instruction> instructions = recipe.getInstructions();

for (Instruction instruction : instructions)

{

follow(instruction); // 按食谱的指令操作

}

}

}

 

“堂堂大厨原来是靠查食谱做菜的。”逗号揶揄道。

引号为难地说：“这不是在编程嘛，好端端的人脑，不得不去模拟电脑，完全搞倒了。”

“要设计会烹调的机器人，兴许还真得这样呢。”冒号笑道，“不过由于各种菜式组合繁多，如果每种菜都配菜谱未免太庞杂，如何精简呢？”

句号建议：“菜式成千上万，烹调技法相对少许多，不妨以技法为主线。”

“好主意！”冒号挑起大拇指，“如果把待加工的菜看作数据，技法看作算法，将数据与算法分离，以算法为中心，那是什么范式？”

“泛型式 ！”大家异口同声。

  “至此我们已涉及了过程式、对象式、并发式、函数式和泛型式。”引号如数家珍，“还差逻辑式、元编程和切面式了。”

    冒号把目光转向逗号：“写菜单并不容易，如果客人不直接点菜，你的服务员如何向他推荐？”

逗号答：“最简单的方法是报菜名，并一一询问客人。”

冒号皱眉：“这样你是简单了：一个迭代就搞定，可客人也该发火了。”

逗号赶紧修正：“先询问客人的口味、忌讳等等，再向他建议一些菜式。”

“这还差不多。”冒号眉头舒展开来，“考虑到客人的口味、忌讳等各有不同，餐馆的菜单也随时可能变化，如果把这些都硬编码（ hardcode），代码将成为懒婆娘的裹脚——又臭又长又难维护。”

引号提议：“可以把这些信息预先存入数据库，届时用 SQL查询。”

“想法很好，只是有一点难度。”冒号提醒道， “这些信息并非简单的对应关系，包含一些逻辑推理，甚至需要一些模糊判断。”

句号一拍大腿：“前面不是提到领域特定语言 DSL吗？将所有规则用自定义的 DSL编写，再利用元编程 转换成 C、 Java之类的通用语言，不是很好吗？”

“棒极了！”冒号不吝赞词，“不过还有一种思路。我们可以搜集餐馆的菜式、顾客口味、忌讳以及各种菜与口味、忌讳之间的关系等等一系列事实和规则，用规则语言 （ Rule Language）如 RuleML、 SWRL、 Jess等来描述，通过规则引擎 （ Rule Engine）来导出符合顾客需求的菜肴。这种方式将业务规则与应用程序分离、将知识与逻辑实现分离，是 SoC原理的一种应用，同时也是一种逻辑式 编程。”

问号关心地问：“这些规则引擎与 Java程序兼容吗？”

冒号回答：“不少规则引擎用 Java实现或专为 Java平台设计，如 Jess、 Drools、 JLisa等，另外 Sun还发布了 javax.rules API (JSR 94)以统一对各类引擎的访问接口。”

讲到此处，每个人都意识到，只剩下最后一个范式了。

冒号提出新问题：“假如餐馆经理接到顾客投诉，反映服务人员态度不好，卫生状况也不理想，应该怎么办？”

问号抢先说：“首先我的接待员在 receive时要笑容可掬地对顾客说：‘欢迎光临！’，在 send时要对顾客鞠躬：‘请慢走，欢迎下次再来’”

逗号接着说：“我的服务员在上完菜后应对客人说：‘请慢用’，句号的收银员也应加些礼貌用语，让人家高高兴兴地掏钱。”

句号补充道：“服务员在 serve前、厨师在 cook前应洗手，厨工在 washDishes后应对餐具消毒。”

冒号紧接着问：“如果餐馆对礼貌规范或卫生标准做修改，必然要牵扯不同类中的不同的方法，维护起来很不方便，怎样才能有效地解决这个问题呢？”

答案已经昭然若揭了。

冒号干脆自问自答：“不错，正是用切面式 编程。只要创立两个 Aspect： Etiquette和 Sanitation，分别负责礼貌规范和卫生标准方面的事务。一旦某一方面的要求发生变化，比如餐馆来了外宾，或者碰上非典或禽流感，只需在相应的 Aspect模块中作调整：将礼貌用语换成英语或者提高卫生标准等等。如果采用 runtime AOP，甚至还可在运行期 选择激活或禁用这些 Aspect。”

下面开始有些骚动，大家早已脑中满满而腹中空空，有些头重脚轻了。

冒号见状，遂发出激动人心的号召：“今天的课到此结束，让我们从虚拟的餐馆中走出，到真实的餐馆中去吧。”

众人齐声欢呼。