基于 CSP 的设计思想和 OOP 设计思想的异同

Posted 2020-10-02 朝闻道

LinkerLin

 

Go语言推崇的CSP编程模型和设计思想，并没有引起很多Go开发者包括Go标准库作者的重视。标准库的很多设计保留了很浓的OOP的味道。本篇Blog想比较下从设计的角度看，CSP和OOP到底有什么区别。

下面，我们来看一个例子，如果我们有一个项目，需要做一个TCP连接中继器（请原谅我的用词）。我们先按照OOP来设计下：

1. 系统的结构：需要有一个客户端和一个服务器端。分两个进程分别跑在不同机器上。
2. 系统对象关系拆分（这里有所简化，E-R图等省略）：连接中继器类--系统的主类、config类--描述配置的类、connection类--每个连接一个conn类的实例、pipe类--提供一个管道，把上游的连接和下游的连接打通，把数据从A--pipe--B、encrypt工具类，提供各种加解密工具。
3. 理清楚系统中各种对象（类）的作用关系，设计接口的细节。这里的接口，其实就是对象之间相互发送的同步阻塞的消息。
4. 设计错误处理，日志等。
5. 从性能方面审视整个设计，优化。

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好，我们再按CSP的思路来设计下，是这么一个过程：

1. 我们需要一个 main 协程来处理各种命令行参数的配置，收集处理配置文件; 如果是server，那么初始化server的主协程 -- tcpRemote；如果是client，则启动client的主协程 -- tcpLocal;
2. 分别设计 tcpRemote和tcpLocal。tcpRemote 是server主协程，负责在指定的端口监听，如果有新的连接连入，则启动一个协程处理 -- serverConn ; tcpLocal是client的主协程，负责在客户机的指定端口监听，如果有连入连接，则启动一个协程处理 -- clientConn;
3. 分别设计 serverConn和clientConn。serverConn 处理新连入连接的请求，把连接交给shadow函数处理得到一个装饰后的连接，析出目的Addr，发起连接到远端，再交给 relay 函数处理。clientConn 处理新连入的连接请求，析出目的地址, 发起一个新的到server的连接，把连接交给shadow函数处理得到一个装饰后的连接，转发请求给server，接下来的工作交给 relay 函数来处理。
4. shadow函数，接受一个连接返回一个连接，标准的装饰器。由于需要实现多种加密算法，所以shadow函数有很多实现。程序启动时，在初始化阶段根据配置，注册好对应的shadow函数实现。
5. relay函数，一个桥接器，接受两个连接，异步转发两个连接中 上行 和 下行 的数据。分别用两个协程来实现数据的 上行 和 下行 的转发逻辑。
6. 设计错误处理，日志等。
7. 从性能方面审视整个设计，优化。

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OOP部分写的比较简略，但是设计思路还是能看出来的，OOP的设计 核心的围绕点是系统中的对象的种类、职责以及相互的关系；OOP在低并发的时代诞生，对于系统中动力分配是不怎么重视的。在遇到具有共性的点的时候，OOP多是用接口的形式表达，多个不同类实现同一个接口。

CSP的设计 核心的围绕点，是系统中的动力源，也就是系统中动力的来源。动力源在Go语言里就是goroutine；由于goroutine往往是通过闭包函数创建出来，所以闭包函数捕获的upvalue等，也就成了父goroutine和子goroutine之间的一种隐藏的协议。更重要的，每个协程，本质上就是在调度发生时，自动把 上下文 保存起来的回调函数。这大大简化了状态的维护工作。在遇到具有共性的点的时候，CSP是多用装饰器和桥接器，把系统中的共性用函数的参数表达出来。

这两种设计中，接口和函数其实可以相互转换，一个接口只有一个方法的等价于一个函数；而几个函数构成了固定的组合，在Go里面等价于实现了某个接口。所以，这种对共性抽象的方法并没有太大的差别，甚至有人就推崇在Java中，一个接口就只有一个方法。

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OOP、FP、CSP、Actor等思想，其实都是在做取舍，究竟要隐藏那些细节暴露那些功能。如果什么都不考虑，那就是汇编了（近似的说法）。没有最优的设计思想只有合适的设计思想。

无论OOP/FP/CSP/Actor模型，都是可以相互转换、替换和实现。

FP/CSP/Actor中大量用闭包，其实就是把OOP的结构体交给编译器去自动生成而已，每个闭包函数捕获的upvalues在各种支持闭包的语言中，多是交给编译生成一个特殊命名的结构体，并在闭包传递时一并生成实例并传递引用。这样就使得一些地方用于消息传递的结构体可以省略，很多时候在chan中传递一个func()比传递一个消息更加的方便。Go的chan可以看作是把传统OOP语言以 方法调用形式 表达的同步阻塞消息传递，改成了显式的消息传递，更好的是，多路分发和逆多路分发机制也集成在语言中。

OOP中的方法调用，本质上就是一种同步阻塞的消息传递，这点在ObjC中表现的非常清楚，ObjC中每个方法调用本质上就是发送了一条消息给某对象（sendmsg是一个变参数函数）。OOP隐形约定了，所有的进程内的语言运行时级别的消息传递都是同步阻塞的。而Go/Erlang等CSP/Actor模型的语言，打破了这一点，提供了语言级别的异步非阻塞的消息传递。

如果我们把软件设计分成 装配、动力驱动、可变性 三个方面考虑。

OOP的装配工作量比CSP要大的多。每个接口的每个方法都可以看成是一个螺丝，只有你紧固了每一个螺丝，OOP设计的软件才可以运行。而CSP设计的程序，每一个协程的创建，都是一个装配点，仰赖方便的闭包机制，装配所需螺丝是一次性自动紧固的。这就是CSP在设计上的优势之一吧。

在动力驱动方面，OOP由于假设了方法调用是同步阻塞的消息传递，其动力驱动也比较原始，大部分是依赖操作系统提供的线程和进程机制。但是CSP则提供了异步的非阻塞消息机制，以及自动上下文保存的可中断函数（也就是协程）。这些机制使得CSP的动力驱动简单高效。

在可变性方面，OOP的合约是由接口和结构体来约束的，而CSP的合约是由函数签名和闭包的upvalues来约束的。函数的参数和返回值可以都是空，只用upvalues来隐式表达约束。因此CSP在可变性方面也是更优秀的。

 

P.S.

需要强调的是OOP并没有什么特别的不好的，相反OOP具有巨大的优势，就是容易设计。

CSP虽然会要求从设计上改变即有思路，耗费较多的脑力，但其设计方案简单容易扩展，具有巨大的优势。

 

https://my.oschina.net/linker/blog/1507315

引用来自“qgymje”的评论
在Go里，可以将CSP的概念融入到OOP中，最为简单的做法是将函数调用的参数与返回值的类型都改为channel，这样可以做到function call在一定程度(channel没满)上为异步，至于闭包context不是重点，这个概念在Actor Model里表示为state; OOP思想可以体现在实现Actor Model的语言里，CSP是一种特殊的Actor，关注点不同

引用来自“LinkerLin”的评论
嗯，这么理解是可以的。
我说的是设计上，可以不用先考虑chan的使用，只关注goroutine，设计好goroutine后，goroutine之间的通讯可以不用chan，而是用闭包捕获的upvalues来沟通。这样就省去了通讯数据结构的设计。或者在chan中传输func，也一样省去了通讯用数据结构。

无论OOP，CSP, Actor, 它们的关注点都是message passing，oop目前大多表现为同步，actor为异步，csp半同步半异步