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源代码下载:未经改造的ActiveObject利用Timer对象改造后的ActiveObject

关于ActiveOjbect模式,第一次是在Robert C. Martin的《敏捷软件开发-原则、模式与实践》一书中看到的,后来找到了ActiveObject的出处:Lavender的《Active Object An Object Behavioral Pattern for Concurrent Programming》,才发现Active Object模式比我想象中的还要复杂,功能还要强大。它模拟实现了一种异步的、多线程的控制模式,为许多工业系统提供了一个简单的多任务核心。

《敏捷软件开发》中给出了一个Java实现的例子,从一个侧面表现了ActiveObject的使用方法。该例子通过ActiveObject引擎对命令队列中的命令进行循环处理,实现了命令的延时调用。其关键算法可以描述如下:

1、构造一延时命令,该延时命令将包含一任务并记录开始时间
2、将该延时命令放入队列。
3、从队列中取出一命令,若是延时命令,则判断是否到时,若尚未到时,则转向第2步。若到时,则释放出包含的任务到队列中。
4、判断是否是循环延时任务,如果是,则重新记录开始时间,并转向第 2 步。
5、转向第 3 步。

我将其改为了C#代码,关键代码如下:

public void Execute()
{
  DateTime currentTime 
= DateTime.Now;
  TimeSpan ts 
= currentTime - startTime;
  
if(!started)
  
{
    started 
= true;
    startTime 
= currentTime;
    ActiveObjectEngine.addCommand(
this);
  }

  
else if(ts.TotalMilliseconds < sleepTime)
  
{
    ActiveObjectEngine.addCommand(
this);
  }

  
else
  
{
    ActiveObjectEngine.addCommand(InnerTask);
    
if(repeat)
    
{
      
this.startTime = DateTime.Now;
      ActiveObjectEngine.addCommand(
this);
    }

  }

}

下面是用Together生成的UML图:

整个C#源代码可以从这里下载(.net 1.1下调试通过)

在该代码的应用中发现,一旦使用上该模式,CPU的占用率就达到了100%。也难怪,在任务比较轻的情况下,ActiveObject引擎绝大多数的时间都是在做一些无用功:从队列取出Command,看看是否到时,没有的话再把它放回到队列中。这些无用功占用了大量的CPU时间。即使创建一个新线程运行引擎,将线程的优先级别设置为ThreadPriority.BelowNormal,也避免不了CPU占用100%的问题。只不过此时用户不会感受到有任何迟滞而已(因为线程的优先级是BelowNormal)。

至此,能否更为有效的使用ActiveObject模式成了项目需要解决的一个关键问题。Windows中的Timer控件给了我一些启发:Timer控件可以定时触发事件,但从来不占用大量的CPU时间。如果简单的周期性任务,使用Timer非常简便(例如:每秒更新一下窗口上时钟的显示),但面对动态增加的,变化的周期性任务,使用Timer控件就显得有些麻烦(例如:每秒更新时间显示、每1.7秒读取一个数据、每2.3秒发送一条消息....),我们很容易想象到通过动态添加删除Timer控件来达到上述目的所面临的麻烦。如果能够将ActiveObject模式与Timer的优点结合起来,就可以构建一个高效、灵活的ActiveObject实现方案。下面是我的实现方案:

1、构造一Timer对象
2、遍历队列,执行已经到时的任务并计算距离最近一次事件触发还需多少时间
3、根据步骤 2 的结果设置Timer对象的下一次触发时间
4、Timer对象触发事件 2

通过将整个过程置于一个单独线程中执行,并在ActiveObject引擎空闲的时候,用WaitOne方法归还CPU占用以达到降低CPU占用率的问题。关键代码如下:

private static bool Stoped = true;
private static readonly TimeSpan MaxTimeSpan = TimeSpan.FromMilliseconds(int.MaxValue);

private static Thread thread;
private static ArrayList itsCommands = new ArrayList();
private static TimerCallback timerDelegate = new TimerCallback(ActiveObjectEngine.CallOnTime);

private static ManualResetEvent manualEvent = new ManualResetEvent(false);
private static Timer stateTimer = new Timer(timerDelegate, manualEvent, System.Threading.Timeout.Infinite, System.Threading.Timeout.Infinite);

//=====================================
// 由定时器触发的方法
//=====================================
private static void CallOnTime(Object stateInfo)
{
  ((ManualResetEvent)stateInfo).Set();
}


//=====================================
// 启动ActiveObject引擎
//=====================================
public static void Start()
{
  Stoped 
= false;

  thread 
= new Thread(new ThreadStart(ActiveObjectEngine.Run));
  thread.IsBackground 
= true;
  thread.Priority 
= ThreadPriority.BelowNormal;
  thread.Start();
}


//=====================================
// 线程入口点
//=====================================
private static void Run()
{
  
while(!Stoped)
  
{
    stateTimer.Change(GetNextRunTime(), MaxTimeSpan);
    manualEvent.Reset();
    manualEvent.WaitOne();
  }

}


//=====================================
// 获取下一个需要触发事件的时间
//=====================================
private static TimeSpan GetNextRunTime()
{
  TimeSpan ts, nextRunTime 
= MaxTimeSpan;

  
lock(itsCommands)
  
{
    
if(itsCommands.Count == 0)
    
{
      Stop();
      
return TimeSpan.FromMilliseconds(System.Threading.Timeout.Infinite);
    }


    
foreach(ICommand cmd in itsCommands)
    
{
      ts 
= cmd.Execute();

      
if(!cmd.Active)
        itsCommands.Remove(cmd);
      
else if(ts < nextRunTime)
        nextRunTime 
= ts;
    }

  }

  
return nextRunTime;
}


//=====================================
// 向ActiveObject引擎中添加定时任务
//=====================================
public static void addCommand(ICommand c)
{
  
lock(itsCommands)
  
{
    itsCommands.Add(c);
    stateTimer.Change(GetNextRunTime(), MaxTimeSpan);
  }
  
}


//=====================================
// 停止ActiveObject引擎
//=====================================
public static void Stop()
{
  Stoped 
= true;
  manualEvent.Set();
  stateTimer.Change(System.Threading.Timeout.Infinite, System.Threading.Timeout.Infinite);
  Thread.Sleep(
500);
}

改造后的C#源代码可以从这里下载。修改后的ActiveObject模式UML图如下:



经过测试,改造后的ActiveObject引擎运行时CPU占用率急剧下降,在我的机器上平均CPU占用率只有不到2%,这大大提高了系统执行效率。

测试代码如下:

using System;
using System.Threading;
using NUnit.Framework;
using TimedSchedule;

namespace TestTimedSchedule
{

  [TestFixture] 
  
public class TimedSchedule_Test
  
{

    ICommand task1 
= new TestCommand("Task 1");
    ICommand task2 
= new TestCommand("Task 2");
    ICommand task3 
= new TestCommand("Task 3");
    ICommand task4 
= new TestCommand("Task 4");
    ICommand task5 
= new TestCommand("Task 5");
    ICommand task6 
= new TestCommand("Task 6");

    ActiveObjectEngine engine 
= new ActiveObjectEngine();

    [Test]
    
public void TestScheduledCommand() 
    
{
      Console.WriteLine(
" ============= Test ScheduledCommand =============");
      ScheduledCommand sc1 
= new ScheduledCommand(TimeSpan.FromMilliseconds(500), task1, true);
      ScheduledCommand sc2 
= new ScheduledCommand(TimeSpan.FromMilliseconds(700), task2, true);
      ScheduledCommand sc3 
= new ScheduledCommand(TimeSpan.FromMilliseconds(1100), task3, true);
      ScheduledCommand sc4 
= new ScheduledCommand(TimeSpan.FromMilliseconds(900), task4, true);
      ScheduledCommand sc5 
= new ScheduledCommand(TimeSpan.FromMilliseconds(1800), task5, true);
      ScheduledCommand sc6 
= new ScheduledCommand(TimeSpan.FromMilliseconds(2100), task6, true);

      ActiveObjectEngine.addCommand(sc1);
      ActiveObjectEngine.addCommand(sc2);
      ActiveObjectEngine.addCommand(sc3);
      ActiveObjectEngine.addCommand(sc4);
      ActiveObjectEngine.addCommand(sc5);
      ActiveObjectEngine.addCommand(sc6);

      ActiveObjectEngine.Start();
      Thread.Sleep(
5000);
      ActiveObjectEngine.Stop();

      Console.WriteLine(
" ======================================== ");

      ActiveObjectEngine.Start();
      Thread.Sleep(
5000);
      ActiveObjectEngine.Terminate();
    }

  }

}
posted on 2004-07-26 17:01  吕震宇  阅读(9168)  评论(6编辑  收藏  举报