繼上篇，有人跟我講太深奧了... Orz, 其實不會，只是還沒看到 Code 而以...。就先來幫黑暗魔人賽說明一下程式碼...。首先來看的是黑暗大魔王: GameHost..
GameHost 呼叫 Player 的片段[copy code]
public void Start(Player p) { // 略... int[] guess = p.StartGuess(_maxNum, _digits); // 略... Hint hint = compare(guess); // 略... while (hint.A != _digits) { // 略... guess = p.GuessNext(hint); // 略... hint = compare(guess); } p.Stop(); // 略... }
1: public void Start(Player p)
2: {
3: // 略...
4: int[] guess = p.StartGuess(_maxNum, _digits);
5: // 略...
6: Hint hint = compare(guess);
7: // 略...
8: while (hint.A != _digits)
9: {
10: // 略...
11: guess = p.GuessNext(hint);
12: // 略...
13: hint = compare(guess);
14: }
15: p.Stop();
16: // 略...
17: }
這段程式完全是老闆的角度在思考。抓到 PLAYER 後就叫它開始猜 StartGuess()，然後拼命的叫 PLAYER 再猜 GuessNext(), 直到猜中才可以休息 Stop()
很典型的多型 ( Polymorphism ) 應用，實際上會 RUN 什麼 CODE，就看繼承 PLAYER 的人是怎麼寫的...。這次我們再從弱勢勞工的角度來看看 PLAYER 該怎麼實作 (以 darkthread 附的 DummyPlayer 為例):
Player 實作的範例 ( DummyPlayer )[copy code]
public class DummyPlayer : Player{ private int[] _currAnswer = null; private Random _rnd = new Random(); private void randomGuess() { List<int> lst = new List<int>(); for (int i = 0; i < _digits; i++) { int r = _rnd.Next(_maxNum); while (lst.Contains(r)) r = _rnd.Next(_maxNum); lst.Add(r); _currAnswer[i] = r; } } public override int[] StartGuess(int maxNum, int digits) { base.StartGuess(maxNum, digits); _currAnswer = new int[digits]; randomGuess(); return _currAnswer; } public override int[] GuessNext(Hint lastHint) { randomGuess(); return _currAnswer; }}
1: public class DummyPlayer : Player
2: {
3: private int[] _currAnswer = null;
4: private Random _rnd = new Random();
5:
6: private void randomGuess()
7: {
8: List<int> lst = new List<int>();
9: for (int i = 0; i < _digits; i++)
10: {
11: int r = _rnd.Next(_maxNum);
12: while (lst.Contains(r))
13: r = _rnd.Next(_maxNum);
14: lst.Add(r);
15: _currAnswer[i] = r;
16: }
17: }
18:
19: public override int[] StartGuess(int maxNum, int digits)
20: {
21: base.StartGuess(maxNum, digits);
22: _currAnswer = new int[digits];
23: randomGuess();
24: return _currAnswer;
25: }
26: public override int[] GuessNext(Hint lastHint)
27: {
28: randomGuess();
29: return _currAnswer;
30: }
31: }
因為 CODE 不多，我就不刪了，全文照貼。另一個原因是我想讓各位看看拆成好幾段的 CODE 是不是還能夠一眼就還原成原來的邏輯? 如果只看這段 CODE 十秒鐘，沒有看註解或說明，誰能馬上回答這段 CODE 解題的邏輯是什麼?
別誤會，不是指這 CODE 不易讀，而是因為呼叫的方式邏輯被迫配合 GameHost 而被切散了，你得再重新把它拼湊起來。它的邏輯很簡單，甚至簡單到連問題的答案都被忽略掉了，不過就每次都隨機丟個數字回去，在 StartGuess( ) 及 GuessNext( ) 都是。
可憐的勞動階級要站起來啊~ 先幻想一下，如果勞工 (PLAYER) 才是老闆，那麼程式可以改成怎麼樣? 這也才是我們本篇的主角。先來看看成果再回頭來看怎麼實作。這次看的是修改後的版本: AsyncDummyPlayer.
換 PLAYER 的角度思考的邏輯: AsyncDummyPlayer[copy code]
public class AsyncDummyPlayer : AsyncPlayer { private int[] _currAnswer = null; private Random _rnd = new Random(); private void randomGuess() { List<int> lst = new List<int>(); for (int i = 0; i < _digits; i++) { int r = _rnd.Next(_maxNum); while (lst.Contains(r)) r = _rnd.Next(_maxNum); lst.Add(r); _currAnswer[i] = r; } } protected override void Init(int maxNum, int digits) { _currAnswer = new int[digits]; } protected override void Think() { while (true) { this.randomGuess(); Hint h = this.GameHost_AskQuestion(this._currAnswer); if (h.A == this._digits) break; } } }
1: public class AsyncDummyPlayer : AsyncPlayer
2: {
3: private int[] _currAnswer = null;
4: private Random _rnd = new Random();
5: private void randomGuess()
6: {
7: List<int> lst = new List<int>();
8: for (int i = 0; i < _digits; i++)
9: {
10: int r = _rnd.Next(_maxNum);
11: while (lst.Contains(r))
12: r = _rnd.Next(_maxNum);
13: lst.Add(r);
14: _currAnswer[i] = r;
15: }
16: }
17: protected override void Init(int maxNum, int digits)
18: {
19: _currAnswer = new int[digits];
20: }
21: protected override void Think()
22: {
23: while (true)
24: {
25: this.randomGuess();
26: Hint h = this.GameHost_AskQuestion(this._currAnswer);
27: if (h.A == this._digits) break;
28: }
29: }
30: }
程式碼也沒比較少，都差不多。不過是那堆 CODE 換個地方擺而以。但是仔細看看，這個版本的邏輯清楚多了，PLAYER 一開始就是執行 Init( ) 的部份，而 GameHost 叫 Player 開始解題時， Player 就開始思考 (Think)，而這個無腦的 Player 也很直接，就一直執行 while (true) { .... } 這個無窮迴圈，直到亂猜猜中為止。
如果 Player 在思考的時，不管在那裡它都可以適時的呼叫 GameHost_AskQuestion( .... ) 來跟 GameHost 問答案。什麼時後該猜數字? 該猜什麼數字? 這正是整個 Player 的核心，也就是 "怎麼猜" 這件事。以人的思考方式一定會分階段，比如一開始先把所有數字猜一輪，有個概念後再想想怎麼猜能更逼近答案，最後才是致命的一擊，找出正確答案送出去，贏得比賽。
這樣的作法，如果套在 DummyPlayer (原版本)，每個階段都要塞在一個大的 switch case, 放在 GuessNext( ) 裡。而現在是那個階段? 只能靠 instance variable 了，先存著等到下次又被呼叫時再拿出來回想一下，上回作到那...。
而第二個版本，則完全沒這個問題，就把它當作一般程式思考就夠了，第一階段就是一個 LOOP，有它自己用的一些變數。第一階段處理完畢就離開 LOOP 繼續執行後面的 CODE... 直到最後離開 Think( ) 這個 method (認輸) 或是猜中答案光榮返鄉...。
兩者的差別看出來了嗎? DummyPlayer 像是被動的勞工，老闆說一動他就作一動。第一動作完就拿個筆計記下來，等著下次老闆再叫他，他就翻翻筆記看看之前做到那，這次繼續...。
而 AsyncDummyPlayer 這個主動的勞工呢? 老闆交待給他一件任務後，他就自己思考起該怎麼做了。中間都不需要老闆下令。反而是過程中勞工需要老闆的協助時，老闆再適時伸出援手就可以了，一切雜務都由這位主動優秀的勞工自己處理掉。
有沒有差這麼多? 這麼神奇? 是怎麼辦到的? 先來看看類別關系圖:
上圖中，AsyncPlayer 就是改變這種型態的關鍵類別。AsyncPlayer 會用我們在上一篇講到的關念，化被動為主動，轉換這兩種呼叫模式。先來看看這個類別的程式碼到底變了什麼把戲，可以讓弱勢的勞工也有自主的權力?
AsyncPlayer 實作: 化被動為主動[copy code]
public abstract class AsyncPlayer : Player { public override int[] StartGuess(int maxNum, int digits) { base.StartGuess(maxNum, digits); Thread thinkThread = new Thread(this.ThinkCaller); thinkThread.Start(); this._host_return.WaitOne(); return this._temp_number; } public override int[] GuessNext(Hint lastHint) { this._temp_hint = lastHint; this._host_call.Set(); this._host_return.WaitOne(); return this._temp_number; } public override void Stop() { base.Stop(); this._temp_hint = new Hint(this._digits, 0); this._host_call.Set(); this._host_end.WaitOne(); this._host_complete = true; } private void ThinkCaller() { try { this.Init(this._maxNum, this._digits); this.Think(); } catch (Exception ex) { Console.WriteLine("Player Exception: {0}", ex); } finally { this._host_end.Set(); } } protected abstract void Init(int maxNum, int digits); protected abstract void Think(); private AutoResetEvent _host_call = new AutoResetEvent(false); private AutoResetEvent _host_return = new AutoResetEvent(false); private AutoResetEvent _host_end = new AutoResetEvent(false); private bool _host_complete = false; private int[] _temp_number; private Hint _temp_hint; protected Hint GameHost_AskQuestion(int[] number) { if (this._host_complete == true) throw new InvalidOperationException("GameHost stopped!"); lock (this) { try { this._temp_number = number; this._host_return.Set(); this._host_call.WaitOne(); return this._temp_hint; } finally { this._temp_number = null; this._temp_hint = new Hint(-1, -1); } } } }
1: public abstract class AsyncPlayer : Player
2: {
3: public override int[] StartGuess(int maxNum, int digits)
4: {
5: base.StartGuess(maxNum, digits);
6: Thread thinkThread = new Thread(this.ThinkCaller);
7: thinkThread.Start();
8: this._host_return.WaitOne();
9: return this._temp_number;
10: }
11: public override int[] GuessNext(Hint lastHint)
12: {
13: this._temp_hint = lastHint;
14: this._host_call.Set();
15: this._host_return.WaitOne();
16: return this._temp_number;
17: }
18: public override void Stop()
19: {
20: base.Stop();
21: this._temp_hint = new Hint(this._digits, 0);
22: this._host_call.Set();
23: this._host_end.WaitOne();
24: this._host_complete = true;
25: }
26: private void ThinkCaller()
27: {
28: try
29: {
30: this.Init(this._maxNum, this._digits);
31: this.Think();
32: }
33: catch (Exception ex)
34: {
35: Console.WriteLine("Player Exception: {0}", ex);
36: }
37: finally
38: {
39: this._host_end.Set();
40: }
41: }
42: protected abstract void Init(int maxNum, int digits);
43: protected abstract void Think();
44: private AutoResetEvent _host_call = new AutoResetEvent(false);
45: private AutoResetEvent _host_return = new AutoResetEvent(false);
46: private AutoResetEvent _host_end = new AutoResetEvent(false);
47: private bool _host_complete = false;
48: private int[] _temp_number;
49: private Hint _temp_hint;
50: protected Hint GameHost_AskQuestion(int[] number)
51: {
52: if (this._host_complete == true) throw new InvalidOperationException("GameHost stopped!");
53: lock (this)
54: {
55: try
56: {
57: this._temp_number = number;
58: this._host_return.Set();
59: this._host_call.WaitOne();
60: return this._temp_hint;
61: }
62: finally {
63: this._temp_number = null;
64: this._temp_hint = new Hint(-1, -1);
65: }
66: }
67: }
68: }
這段程式碼長了一點，內容也都刪不得，各位請耐心點看。上一篇我畫了張概念性的時序圖，這次我們再拿同一張圖，不過這次會標上程式碼:
請注意一下各個箭頭的上下順序。由上往下代表時間的進行，如果應該在後面執行的 CODE 不巧先被呼叫了，則動作較快的那個 THREAD 會被迫暫停，等待另一邊的進度跟上。先來看看 StartGuess( ) 怎麼跟 Think( ) 互動:
StartGuess(...)[copy code]
public override int[] StartGuess(int maxNum, int digits) { base.StartGuess(maxNum, digits); Thread thinkThread = new Thread(this.ThinkCaller); thinkThread.Start(); this._host_return.WaitOne(); return this._temp_number; }
1: public override int[] StartGuess(int maxNum, int digits)
2: {
3: base.StartGuess(maxNum, digits);
4: Thread thinkThread = new Thread(this.ThinkCaller);
5: thinkThread.Start();
6: this._host_return.WaitOne();
7: return this._temp_number;
8: }
GameHost 呼叫 Player.StartGuess( ) 有兩個目的，一個是給 Player 題目範圍，讓 Player 做好準備動作。另一個則是準備好之後 GameHost 要取得 Player 傳回的第一個問題。
程式碼很忠實的做了一樣的事，只不過 StartGuess( ) 建立了新的執行緒來負責。新的執行緒會執行 ThinkCaller( )，啟動之後 GameHost 這邊就什麼都不作，等待 _host_return 這個 WaitHandle 被叫醒，代表另一邊已經做好了，可以從共用變數 _temp_number 取得問題傳回去。
既然 GameHost 在等待某人通知它，我們就來看看是誰會通知他題目已經準備好了:
GameHost_AskQuestion(...)[copy code]
protected Hint GameHost_AskQuestion(int[] number) { if (this._host_complete == true) throw new InvalidOperationException("GameHost stopped!"); lock (this) { try { this._temp_number = number; this._host_return.Set(); this._host_call.WaitOne(); return this._temp_hint; } finally { this._temp_number = null; this._temp_hint = new Hint(-1, -1); } } }
1: protected Hint GameHost_AskQuestion(int[] number)
2: {
3: if (this._host_complete == true) throw new InvalidOperationException("GameHost stopped!");
4: lock (this)
5: {
6: try
7: {
8: this._temp_number = number;
9: this._host_return.Set();
10: this._host_call.WaitOne();
11: return this._temp_hint;
12: }
13: finally {
14: this._temp_number = null;
15: this._temp_hint = new Hint(-1, -1);
16: }
17: }
18: }
就在 GameHost 正在等題目的時後，另一個執行緒正在進行 "思考" 的動作，直到有結論後會呼叫 GameHost_AskQuestion( ... ) 送出問題。這時這個問題會被放到 _temp_number, 而下一步就是 _host_return.Set( ), 通知另一個執行緒，正在等這個結果的人: "喂! 東西已經準備好了，可以來取貨了!!"
整個機制就這樣串起來了。GameHost 那邊怎麼把答案傳回來? 同樣的作法，反過來而以。GameHost 會藉著呼叫 Player.GuessNext(...) 把答案傳回來，而這時就觸動一樣的機制，讓另一邊 Player Thread 呼叫的 GameHost_AskQuestion( ... ) 醒過來，把答案拿走， RETURN 回去。
這樣一直重複下去，剩下最後一個同步的點，就是結束遊戲的地方。說穿了也是一樣的把戲，只是這次是藉著 GameHost 呼叫 Player.Stop( )，而另一邊 Player Thread 執行完 Think( ) 後，兩邊就一起結束遊戲了。
總算講完了。其實 thread 能解決的問題還真是五花八門。每次當我想出這些方法來簡化問題時，我就會覺的很有成就感。雖然寫出這個不會讓我贏得比賽，反而因為同步的關係，AsyncDummyPlayer 執行的速度還遠遠落後 DummyPlayer (我的機器跑起來，大概差了四~五倍 ...) 。不過我知道我簡單的頭腦，不先把問題簡化的話，我大概解決不了太複雜的問題...。也許是缺了這種能力，才讓我更有動力去想簡化問題的方式吧?
最後，為什麼每次講到 thread 的文章，都是 code 一點點，文章跟圖一大堆? 咳咳... 難道我也到了靠一張嘴混日子的地步了嘛? Orz... 本系列到此結束，以後還會有什麼主題? 想到再說啦~~ 今天各位記得去拜拜~~ 下回見!
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