Java开发2.0:Kilim简介

 　　对于软件开发人员而言，调试多线程应用程序中的非确定缺陷是最痛苦的工作。因此，像大多数人一样，我钟爱使用 Erlang 和 Scala 等函数语言进行并发编程。

　　Scala 和 Erlang 都采用了角色模型来进行并发编程，没有采用线程概念。围绕角色模型的创新并不仅限于语言本身，角色模型也可供 Kilim 等基于 Java 的角色框架使用。

　　Kilim 对角色模型的使用非常直观，稍后您将看到，该库使构建并发应用程序变得异常简单。

　　多核挑战

　　在 2005 年，Herb Sutter 编写了一篇现在仍然颇为著名的文章 "The Free Lunch is Over: A Fundamental Turn Toward Concurrency in Software"。在这篇文章中，他摒弃了一直误导着人们的观念，那就是摩尔定律将继续促进越来越高的 CPU 时钟速率。

　　Sutter 预言了 "免费午餐" 的终结，通过越来越快的芯片来捎带提升软件应用程序的性能将不再可能。相反，他认为应用程序性能的显著提升将需要利用多核芯片架构来实现。

　　事实证明他是对的。芯片制造商已经达到了一种硬性限制，芯片速率已稳定在 3.5 GHz 左右多年了。随着制造商越来越快地增加芯片上的核心数量，摩尔定律在多核领域继续得以满足。

　　角色模型

　　角色模型是一种不同的并发进程建模方式。与通过共享内存与锁交互的线程不同，角色模型利用了 "角色" 概念，使用邮箱来传递异步消息。在这里，邮箱 类似于实际生活中的邮箱，消息可以存储并供其他角色检索，以便处理。邮箱有效地将各个进程彼此分开，而不用共享内存中的变量。

　　角色充当着独立且完全不同的实体，不会共享内存来进行通信。实际上，角色仅能通过邮箱通信。角色模型中没有锁和同步块，所以不会出现由它们引发的问题，比如死锁、严重的丢失更新问题。而且，角色能够并发工作，而不是采用某种顺序方式。因此，角色更加安全(不需要锁和同步)，角色模型本身能够处理协调问题。在本质上，角色模型使并发编程更加简单了。

　　角色模型并不是一个新概念，它已经存在很长时间了。一些语言(比如 Erlang 和 Scala)的并发模型就是基于角色的，而不是基于线程。实际上，Erlang 在企业环境中的成功(Erlang 由 Ericsson 创建，在电信领域有着悠久的历史)无疑使角色模型变得更加流行，曝光率更高，而且这也使它成为了其他语言的一种可行的选择。Erlang 是角色模型更安全的并发编程方法的一个杰出示例。

　　不幸的是，角色模型并没有植入到 Java 平台中，但我们可以通过各种方式使用它。JVM 对替代语言的开放性意味着您可以通过 Java 平台语言(比如 Scala 或 Groovy)来利用角色(参见 参考资料，了解 Groovy 的角色库 Gpars)。另外，您可以试用一种支持角色模型且基于 Java 的库，比如 Kilim。

　　Kilim 中的角色

　　Kilim 是一个使用 Java 编写的库，融入了角色模型的概念。在 Kilim 中，"角色" 是使用 Kilim 的 Task 类型来表示的。Task 是轻量型的线程，它们通过 Kilim 的 Mailbox 类型与其他 Task 通信。

　　Mailbox 可以接受任何类型的 "消息"。例如，Mailbox 类型接受 java.lang.Object。Task 可以发送 String 消息或者甚至自定义的消息类型，这完全取决于您自己。

　　在 Kilim 中，所有实体都通过方法签名捆绑在一起，如果您需要同时执行几项操作，可以在一个方法中指定该行为，扩大该方法的签名以抛出 Pausable。因此，在 Kilim 中创建并发类就像在 Java 中实现 Runnable 或扩展 Thread 一样简单。只是使用 Runnable 或 Thread 的附加实体(比如关键字 synchronized)更少了。

　　最后，Kilim 的魔力是由一个称为 weaver 的后期进程来实现的，该进程转换类的字节码。包含 Pausable throws 字句的方法在运行时由一个调度程序处理，该调度程序包含在 Kilim 库中。该调度程序处理有限数量的内核线程。可以利用此工具来处理更多的轻量型线程，这可以最大限度地提高上下文切换和启动的速度。每个线程的堆栈都是自动管理的。

　　在本质上，Kilim 使创建并发进程变得轻松而简单：只需从 Kilim 的 Task 类型进行扩展并实现 execute 方法。编译新创建的支持并发性的类之后，对其运行 Kilim 的 weaver，您会实现显著的性能提升!

　　Kilim 最初是一种外来语言，但它带来了巨大的回报。角色模型(以及后来的 Kilim)使编写依赖于类似对象的异步操作对象变得更加简单和安全。您可以 使用 Java 的基本线程模型进行同样的操作(比如扩展 Thread)，但这更具挑战性，因为它会将您带回锁和同步的世界中。简而言之，将您的并发编程模型转换为角色使多线程应用程序更容易编码。

　　Kilim 实战

　　在 Kilim 的角色模型中，消息通过 Mailbox 在进程之间传送。在许多情况下，您可以将 Mailbox 看作队列。进程可以将一些项加入邮箱中，也可以从邮箱获取一些项，而且它们既可以采用阻塞方式，也可以采用非阻塞方式来这样做(阻塞对象是底层 Kilim 实现的轻量型进程，而不是内核线程)。

　　作为在 Kilim 中利用邮箱的一个示例，我编写了两个角色(Calculator 和 DeferredDivision)，它们从 Kilim 的 Task 类型扩展而来。这些类将以一种并发方式协同工作。DeferredDivision 对象将创建一个被除数和一个除数，但它不会尝试将这两个数相除。我们知道除法运算很耗资源，所以 DeferredDivision 对象将要求 Calculator 类型来处理该任务。

　　这两个角色通过一个共享 Mailbox 实例通信，该实例接受一个 Calculation 类型。这种消息类型非常简单 -- 已提供了被除数和除数，Calculator 随后将执行计算并设定相应的答案。Calculator 然后将这个 Calculation 实例放回共享 Mailbox 中。