多对象协调的语言框架

### 多对象协调的语言框架 在并发和分布式系统的编程中，多对象协调是一个关键问题。传统语言在处理多对象协调时存在诸多局限，而一种新的基于多对象约束的方法为解决这些问题提供了新的思路。 #### 1. 背景与动机 在并发和分布式系统的编程语言里，活动的协调是基础且重要的。然而，现有的语言在表达多对象协调时，往往依赖于显式的通信协议，如两阶段提交。这使得协调模式与具体实现紧密绑定，难以进行抽象。具体表现如下： - **低层次的规范和推理**：无法独立于实现来表达协调模式，导致规范和推理处于较低层次。 - **难以组合和定制**：多个协调模式的组合需要改变实现，而且协调模式的实现修改和定制困难，因为相关协议已硬编码到应用程序中。 为了解决这些问题，我们采用了将协调模式以多对象约束的形式来表达的方法。多对象约束能够维护一组对象在调用时的某些属性，如时间顺序和原子性。这些约束是抽象指定的，独立于实现所需的协议。 #### 2. 多对象约束的优势 多对象约束具有以下显著优势： - **独立于对象表示**：可以独立于被约束对象的表示来指定，通过对象的接口来定义约束，这有助于更好地描述、推理和修改多对象约束。 - **分离协调和对象功能**：只利用对象接口的知识来描述约束，将协调和对象功能分离，提高了系统设计的可重用性。对象可以独立于协调方式进行重用，反之，多对象协调模式也可以应用于不同的对象组。 - **抽象和通用结构提取**：能够对协调模式进行抽象，提取出通用的协调结构。 #### 3. 同步器的概念 多对象约束通过同步器来描述。从概念上讲，同步器是一种特殊的对象，它观察并限制一组普通对象的调用。同步器具有以下特点： - **可重叠性**：多个单独指定的同步器可以约束同一组对象。 - **透明性**：编译器将同步器转换为被约束对象之间的消息传递，这种消息传递对程序员是透明的，程序员可以以高层次和抽象的方式指定多对象约束。 - **多种实现方式**：同步器的实现可以是被约束对象之间的直接通信、与中央“协调器”的间接通信或混合方式。 #### 4. 同步器与传统同步约束的区别 在基于对象的并发计算中，通常会用同步约束来描述每个对象的协调。同步约束和同步器都基于在调用处理之前验证的条件，但它们有所不同： | 类型 | 条件表达依据 | | ---- | ---- | | 同步约束 | 基于单个对象的封装状态，如布尔谓词 | | 同步器 | 涉及一组对象的状态和调用历史 | 现有的多对象协调方法往往不考虑局部协调，如同步约束。而同步器设计为与局部同步约束集成，从概念上讲，同步器为调用的合法性补充了额外的条件。 #### 5. 同步器的基本概念和符号 为了描述同步器，我们使用了一种特定的符号。假设同步器与遵循Actor模型的面向对象并发语言集成，消息传递是异步的，发送对象不会被强制同步器阻塞。 同步器的抽象语法如下： ```plaintext binding ::= name := exp | binding1 ; binding2 pattern ::= object.name | object.name(name1, ..., namen) | pattern1 or pattern2 | pattern where exp relation ::= pattern updates binding | exp d ```