第12章并发系统的函数式设计
- 12.1 Actor 模型：组件思想
- 12.2 创建简单的消息源
- 12.3 将反应流建模为 monad
- - 12.3.1 创建宿 (sink) 接收消息
  - 12.3.2 转换反应流
  - 12.3.3 创建给定值的流
  - 12.3.4 连接流
- 12.4 过滤反应流
- 12.5 反应流的错误处理
- 12.6 响应客户端
- 12.7 创建状态可修改的 Actor
- 12.8 用 Actor 编写分布式系统
第十三章测试与调试
- 13.1 程序编译正确吗？
- 13.2 单元测试与纯函数
- 13.3 自动产生测试
- 13.4 测试基于 monad 的并发系统

第12章并发系统的函数式设计

Code
- Actor_Web_Service

12.1 Actor 模型：组件思想

Actor 是一个可以接收和发送消息的独立组件
- 对消息逐个处理
最小的 Actor 类应该具备接收和发送消息的能力
C++ 的 Actor 框架
- 在 actor-framework.org 可以找到该模型的完整实现
- 代替品，SObjectizer库，性能更好，但是没有内置的跨进程分布式 Actor 的支持
简化类型的 Actor
- 它不需要关心谁向谁发送消息
  - 将由外部控制器负责
- 设计如下所述
  - Actor 只能收发一种类型的消息（收发消息类型不一定相同）
    - 如果需要支持输入输出不同类型的消息
      - 使用 std::variant 或 std::any
  - 在外部的控制器中指定某个 Actor 向哪个 Actor 发送消息，以便以函数式的方式组合 Actor
    - 而不是由 Actor 自行选择发送消息的对象
    - 尾部的控制器可以指定 Actor 的监听源（发送消息的 Actor）
  - 外部的控制器还可以决定哪些消息异步处理，哪些不需要异步处理
注意
- 现在大多数软件使用了一种事件循环，用于异步传递消息。但这里并不实现这样的系统，这里重点关注易于调整，适用于任何事件驱动的系统设计
Actor 分三种
- 宿 sink
  - 只接收消息的 Actor
- 源 sources
  - 只发送消息的 Actor
- 一般 Actor
  - 即可以接收消息，也可以发送消息
Code_12_1_1

12.2 创建简单的消息源

现代 C++ Json 库
- https://gitee.com/learnlov/mirrors_nlohmann_json.git
继承 std::enable_shared_from_this
- 允许 std::shared_ptr 管理实例，安全创建自己的共享指针
- shared_from_this()
  - 创建该实例另一个共享指针
Code
- service.ixx

12.3 将反应流建模为 monad

异步流(Asynchronous Stream) 或反应流 (Reactive Stream)
- 可以有任意数目的值，对于每个新到达的值，都可以调用延续函数
- 看起来像集合
  - 它们包含相同类型的元素
  - 只是并不是所有的元素都可立即获取
反应流是不是 monad
- monad 应符合的条件
  - 它必须是一个通用类型
  - 需要一个构造函数，创建包含给定值的反应流实例的函数
  - 需要转换函数，返回反应流的函数，该函数把来自源流的值转换后发出
  - 需要一个连接函数，从给定的流接收所有的消息，并把它们逐个发送
  - 需要遵守 monad 法则
可以执行以下操作使反应流成为 monad
- 创建一个流转换 Actor
- 创建一个按给定值创建流的 Actor
- 创建一个可以同时监听多个流的 Actor，并发送这些流

12.3.1 创建宿 (sink) 接收消息

宿
- 是一个只接收消息而不发送的 Actor
单一所有者设计
- 使用移动语义和右值引用，保证宿对象是 sender 的唯一所有者
- 相似的，其他的 Actor 变成了它们各自发送者的所有者
  - 者意味着，当流水线销毁时，所有Actor也被消耗
- 缺点
  - 系统中不能有多个组件监听一个 Actor
  - 也不能在不同的数据流中共享 Actor
- 解决思路
  - 允许共享 Actor 的所有关系，并允许每个 sender 持有多个监听器
Code
- sink.ixx
- 分离 sink 和 sink_impl 的原因在于
  - 支持反应流中类 range 语法
  - 两个 sink 函数根据传递参数数目的不同返回不同的类型
  - 如果 sink 不是一个合适的函数，这是很难实现的
为每个创建的转换定义 operator |
- 每个函数接收任何发送者对象最为第一参数和定义了转换的_helper类作为参数，可以增强 main 函数的可读性
- Code
  - main.ixx

12.3.2 转换反应流

把反应流变成一个 monad
最重要的任务是创建 transform 流修改器
- 它应接收一个反应流和任意一个函数作为参数
- 并返回一个新流
  - 使用给定的函数对原来的流进行转换，并发送转换后的消息
- 换言之，transform 转换器是一个即可接收消息又可发送消息的 Actor
流转换器的实现
- transform.ixx
- 与宿 Actor 不同， transform 不会立即连接到它的发送者
- 如果没有人发送消息，也就不需要处理
- 只有当 on_message 被调用时
  - 也就是当需要监听消息时，才需要监听发送者发送的消息
使用示例
- main.ixx

12.3.3 创建给定值的流

transform 函数使得反应流成了一个仿函数，为了使它是一个正常的 monad，需要能够从给定的值创建流，而且需要 join 函数
实现一个简单的功能
- 给定一个值，或一系列值，根据给定值创建一个发送它们的流
  - 这个流不接收任何消息，只是发送消息
Code
- values.ixx
- 这个类可以用作反应流的 monad 构造函数，
- 示例
  - 通过向宿对象发送消息，检查它能否正常工作
  - main.ixx
std::initializer_list
- 对 STL 的 container 的初始化

12.3.4 连接流

把反应流作为 monad 的最后一件事就是定义 join 函数
- 对于 join 函数，接收的消息都是新的流，需要监听来自这些流消息，并把它们进行传递
Code
- join.ixx
示例
- main.ixx

12.4 过滤反应流

为了过滤，创建一个类似于 transform 的流修改器
- 它可以接收消息并只发送符合谓词要求的消息
- 与 transform 和 join 不同的是，过滤器监听和发送的是同一类型的消息
- 用于需要剔除无效数据或不感兴趣的数据
Code
- filter
示例
- main.ixx

12.5 反应流的错误处理

使用 expected<T, E> 作为错误处理数据结构
- 添加 mtry 函数
Code
- mtry.ixx
示例
- main.ixx
注意
- 这节代码没有跑起来

12.6 响应客户端

到目前为止，Web 服务只能接收客户端的请求但不能响应
需要创建一个类模板，保存消息和 socket 指针

还需要创建一个 reply 成员函数

可以向客户端发送信息

template <typename MessageType>
struct with_client {MessageType value;tcp::socket *socket;void reply(const std::string& message) const{asio::async_write(*socket,asio::buffer(message, message.length()),[](auto, auto) {});}
};

它是一个含有而外信息的通用类型

with_client 创建 join 函数
需要逐个修改所有的转换，直到它们全部理解引入的 with_client 类型

应用示例

    auto transform = [](auto f) {return reactive::operators::transform(lift_with_client(f));};auto filter = [](auto f) {return reactive::operators::filter(apply_with_client(f));};asio::io_service event_loop;auto pipeline =service(event_loop)| transform(trim)// Ignoring comments and empty messages| filter([] (const std::string &message) {return message.length() > 0 && message[0] != '#';})// Trying to parse the input| transform([] (const std::string &message) {return mtry([&] {return json::parse(message);});})// Converting the result into the bookmark| transform([] (const auto& exp) {return mbind(exp, bookmark_from_json);})| sink([] (const auto &message) {const auto exp_bookmark = message.value;if (!exp_bookmark) {message.reply("ERROR: Request not understood\n");return;}if (exp_bookmark->text.find("C++") != std::string::npos) {message.reply("OK: " + to_string(exp_bookmark.get()) + "\n");} else {message.reply("ERROR: Not a C++-related link\n");}});

注意：
- 这节的代码也没有跑起来。不过不影响，已经理解其思想

12.7 创建状态可修改的 Actor

可变状态是实现 join 转换的灵魂
- 需要保持源的活跃
应用场景
- 为了保证 service 的响应速度，不能对所有消息指定相同的优先级
- 客户端试图发起 DoS 攻击
  - 消息限制
    - 如果客户端收到一条需要处理的消息，则在一定时间间隔拒绝后续发来的消息
    - 需要创建一个 Actor 接收消息并记住发送消息的客户端，并限制时间间隔。在一段时间后，才再次接收客户端消息。
    - 这就是 Actor 具有可变状态
  - 在普通并发系统中，可变需要同步，但是在基于 Actor 的系统中却不是这样，Actor 是一个独立于其他 Actor的单线程组件，因此不需要任何同步

12.8 用 Actor 编写分布式系统

Actor 并不关心它们是否位于同一线程、同一进程中的不同线程，同一计算机的不同进程或不同的计算机中，只要它们可以相互发送消息即可
因此 Actor 很容易地扩展服务的模式，无须修改它的主逻辑
如果改为分布式，只需要改变系统的消息投递机制

第十三章测试与调试

13.1 程序编译正确吗？

把错误从运行时转移到编译时
- 编译时检测到的错误越多，运行时的错误就会越少

示例

使用更强的类型而不是原始值进行编码

创建一个处理距离的类

template < typename Representation, typename Ratio = std::ratio<1>>
class distance {public:explicit constexpr distance(Representation value): value(value){}distance operator+ (const distance &other) const{return distance(value + other.value);}Representation value;
};

根据不同的测量单位创建不同的类型

template <typename Representation>
using meters = distance<Representation>;template <typename Representation>
using kilometers = distance<Representation, std::kilo>;template <typename Representation>
using centimeters = distance<Representation, std::centi>;template <typename Representation>
using miles = distance<Representation, std::ratio<1609>>;namespace distance_literals {constexpr kilometers<long double> operator ""_km(long double distance){return kilometers<long double>(distance);}constexpr miles<long double> operator ""_mi(long double distance){return miles<long double>(distance);}}

当试图混合匹配不同的单位时，会触发编译错误
这时提供一个转换函数
以这种方式把运行时错误提前到编译期

13.2 单元测试与纯函数

13.3 自动产生测试

13.4 测试基于 monad 的并发系统

这三节的测试方法都是常规技巧

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