设计模式随笔－利用System.Thread.Timer优化Active Object模式执行效率 (转)
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(); } }}
