16.4.2_创建邮箱处理器

16.4.2 创建邮箱处理器

 

    让我们看看如何在实践中使用消息传递。我们会扩展前一节的应用程序，添加一个进程，保存应用程序的当前状态：当前选定的颜色（我们会添加一个选项来改变颜色），和到目前为止绘制的所有矩形的列表。应用程序处理的消息，可能来自绘制矩形的进程，也可能来自我们添加到应用程序中的其他事件处理程序所发送的。在这一节的介绍中，我们提到过这个演示的扩展版本，邮件也可以从处理网络通讯组件并发地发送。在 F# 中，可以接收消息的进程，也称为邮箱处理器（mailbox processors）。在实现邮箱处理器之前，我们需要知道消息是什么。

 

实现消息类型

 

    每个进程可以处理一个已知类型的消息，因此，我们首先声明一个类型，来表示消息。我们将使用差别联合，因为这样，我们可以用一个联合类型的识别器，表示多种类型的消息。在清单 16.12 中，你可以看到，为此目的，差别联合是正确的 F# 类型。

 

Listing 16.12 The type representing messages (F#)

 

type RectData = Color * (int * int) * (int * int)

type DrawingMessage =
  | AddRectangle of RectData
  | SetColor of Color
  | GetRectangles of AsyncReplyChannel<list&lt;RectData>&gt;
  | GetColor of AsyncReplyChannel<Color>

 

    清单 16.12 首先声明一个类型别名，RectData，这是一个元组，包含了存储一个矩形需要的所有信息。这个差别联合本身则包含两种类型的消息。前两个消息用来更改当前的状态。在 AddRectangle 情况下，处理器把新创建矩形的有关信息添加到一个内部列表；在 SetColor 情况下，将更改当前选定的颜色。

    接下来的两个消息看起来有点棘手，因为它们所携带值的类型是 AsyncReplyChannel<'T>。这种类型创建的消息，可以发送回复给调用方。在我们的例子中，这意味着，当进程接收这些消息中的一个，将发送一个回复，既可以是包含所有矩形的列表，也可以是当前所选的颜色。

    现在，我们已经得到了这个消息，下面就需要知道如何实现邮箱处理器，以及如何发送和接收消息。让我们从邮箱处理器开始。

 

实现处理器

 

    一般情况下，邮箱处理器可以相当复杂，它们可以执行计算，以响应接收到的消息；还可以将消息发送给其他处理器，并收集回复；甚至还能启动新的邮箱处理器。我们的示例很简单：邮箱处理器保存应用程序的当前状态，处理读取或更新这个状态的消息。

    清单 16.13 实现处理器的方式，与我们以前的状态机代码完全相同。大多数代码是使用异步工作流写的递归函数，用函数参数来维护当前状态。

 

Listing 16.13 Creating the mailbox processor (F#)

 

let state = MailboxProcessor.Start(fun mbox �C&gt;
  let rec loop(clr, rects) = async {
    let! msg = mbox.Receive()
    match msg with
    | SetColor(newClr) �C&gt;
      return! loop(newClr, rects)
    | AddRectangle(newRc) �C&gt;
      form.Invalidate()
      return! loop(clr, rects@[newRc])
    | GetColor(chnl) �C&gt;
      chnl.Reply(clr)
      return! loop(clr, rects)
    | GetRectangles(chnl) �C&gt;
      chnl.Reply(rects)
      return! loop(clr, rects) }
  loop(Color.IndianRed, []) )

 

    为了创建邮箱处理器，我们使用 MailboxProcessor 类型的 Start 会员。它初始化邮件的消息，并运行到指定的函数，启动处理消息。这个函数将返回一个异步工作流，可以使用我们在初始化过程中作为参数得到的邮箱的 Receive 方法，等待消息。

    我们实现工作流使用的递归函数，叫 loop，有两个参数。参数 clr 表示当前选定的颜色，rects 是一个矩形的列表。要从 lambda 函数返回工作流，我们用红色和一个空列表初始状态，来调用 loop。

    现在，让我们看一下 loop 的函数体。它首先从邮箱中接收下一条消息。邮箱内部以队列存储，因此，如果一条消息已经在队列中，它会立即返回。如果队列为空，Receive 方法会阻塞这个工作流（没有阻塞实际的线程），一旦消息发送到处理器，就恢复。我们接收到一条消息，就使用模式匹配来决定如何处理它。前两个消息修改了处理器的状态，所以，我们用更新后的状态递归调用 loop 函数，使用 return! 关键字。注意，当我们得到一个新的矩形时，要将其加到列表的末尾，保证它将显示在前面，所以，我们使用 @ 运算符连接列表。

    后两个消息用于读取处理器的状态，并携带回复通道作为参数。当处理器收到消息时，使用通道的 Reply 方法，结果发送矩形列表，或当前颜色给调用方，然后，再循环，并不更改状态的结果。

 

注意

 

    当写邮箱处理器时，很重要的一点，是理解考虑到线程，它们是如何执行的。正在执行的线程，在等待异步工作流时，可以更改主体，但是，一个邮箱处理器实例的主体将永远不会同时运行在多个线程上。如果收到新邮件，正是我们在处理一个已有的，那它只就排队，稍后处理。我们的示例不执行任何复杂的计算，因此它几乎总是立即处理消息。邮箱处理器是按照线程安全设计的，所以，当我们用它们来存储并发访问的状态时，不必担心竞争条件。

 

    现在，我们已准备好了邮箱处理器，再看我们需要怎样的改变，就能使用和更新存储在处理器中的状态了。