类型安全的黑板模式(属性包)

有时候对于对象来说。在一个软件中,不直接通过互相引用而做到共享信息是非常有用的。比如像带有插件的软件。可以互相进行通信。假设我们有了很多对象。其中一些包含一些数据。而另一些对象需要消费这些数据 不同的子集,我们不通过对数据生产者和消费者的直接引用来实现,而是通过更低耦合的方式。叫做创建一个“BlackBoard”(黑板)对象。该对象允许其他对象自由对其进行读取/写入数据。这种解耦方式使得消费者不知道也不必知道数据来自哪里。如果想要了解更多关于黑板模式的信息。我们常说的。Google是你最好的朋友。

一个最简单的黑板对象应该是 Dictionary一些简单的命名值的字典。所有的对象共享同一个字典引用。使得他们可以交换这些命名数据。这种方法有两个问题。一个是名字。一个是类型安全—数据生产者和消费者对每一个数据值都必须共享一个字符串标识。消费者也没有对字典中的值进行编译时的类型检查,比如,可能期望一个小数,结果运行时读到了字符串。本文对这两个问题演示了一种解决方案。

背景

最近我在开发一个通用任务的异步执行的引擎。我的通用任务通常有Do/Undo方法。原则上是相互独立的,但是有一些任务需要从已经执行的任务重请求数据。比如。一个任务可以 为一个硬件设备建立一个API,随后的任务就可以使用创建好的API来操作硬件设备。但是。我不想我的执行引擎知道关于这个执行任务的任何信息。而且。我也不想直接手工的就在一个任务里引用另一个任务。

黑板类

黑板类本质上是一个Dictionary的包装类,对外暴露Get和Set方法。黑板类允许其他对象存储并且取回数据。但是要求这些数据使用一个 BlackboardProperty 类型的标识符来表示这些数据是可存取的。BlackboardProperty 对象应该在那些准备读写黑板类的对象之间共享,因此,他应该在那些类中作为一个静态成员。(很像WPF的依赖属性。是他们所属控件的静态成员)

注意:命名安全应该可以通过同样的方式实现。但是但是依然没有解决类型安全的问题。那么。到了主要的部分了。那就是黑板类的代码了

public class Blackboard : INotifyPropertyChanged, INotifyPropertyChanging
{
    Dictionary<string, object> _dict = new Dictionary<string, object>();

public T Get&lt;T&gt;(BlackboardProperty&lt;T&gt; property)
{
    if (!_dict.ContainsKey(property.Name))
        _dict[property.Name] = property.GetDefault();
    return (T)_dict[property.Name];
}

public void Set&lt;T&gt;(BlackboardProperty&lt;T&gt; property, T value)
{
    OnPropertyChanging(property.Name);
    _dict[property.Name] = value;
    OnPropertyChanged(property.Name);
}

#region property change notification

public event PropertyChangingEventHandler PropertyChanging;

public event PropertyChangedEventHandler PropertyChanged;

protected virtual void OnPropertyChanging(string propertyName)
{
    if (PropertyChanging != null)
        PropertyChanging(this, new PropertyChangingEventArgs(propertyName));
}

protected virtual void OnPropertyChanged(string propertyName)
{
    if (PropertyChanged != null)
        PropertyChanged(this, new PropertyChangedEventArgs(propertyName));
}
#endregion

}

黑板属性(BlackBoardProperty)类

BlackBoardProperty 类 提供了一个标识符来存取黑板对象中的数据。定义了名称和值的类型。也定义了一个默认的返回值。以防黑板类中对应属性没有值。

/// <summary>
/// 对应黑板类中的属性的强类型标识符
/// </summary>
/// <typeparam name=“T”>该类能识别的属性值的类型</typeparam>
public class BlackboardProperty<T>
{
    /// <summary>
    /// 属性的名称
    /// <remarks>
    /// 黑板类的属性通过名称来存储。请注意不要让相同的名字有不同的属性值。因为如果被用在同样的黑板类上。他们会互相覆盖值
    /// </remarks>
    /// </summary>
    public string Name { get; set; }

//当黑板对象没有包含对应属性的时候。该工厂方法被用来提供一个默认的值 //
Func<T> _createDefaultValueFunc;

public BlackboardProperty(string name)
    : this(name, default(T))
{
}

/// &lt;summary&gt;
/// 
/// &lt;/summary&gt;
/// &lt;param name="name"&gt;&lt;/param&gt;
/// &lt;param name="defaultValue"&gt;
/// 当黑板类不包括该属性的时候。该值会被返回。
/// &lt;remarks&gt;
/// 如果缺省的值是一个常量或是一个值类型的时候,使用该构造方法。
/// &lt;/remarks&gt;
/// &lt;/param&gt;
public BlackboardProperty(string name, T defaultValue)
{
    Name = name;
    _createDefaultValueFunc = () =&gt; defaultValue;
}

/// &lt;summary&gt;
/// &lt;/summary&gt;
/// &lt;remarks&gt;

/// 如果缺省值是一个引用类型,并且,你不想要共享该实例给多个黑板对象的时候。请使用该 /// 构造函数 /// </remarks> /// <param name=“name”></param> /// <param name=“createDefaultValueFunc”></param> public BlackboardProperty(string name, Func<T> createDefaultValueFunc) { Name = name; _createDefaultValueFunc = createDefaultValueFunc; }

public BlackboardProperty()
{
    Name = Guid.NewGuid().ToString();
}

public T GetDefault()
{
    return _createDefaultValueFunc();
}

}

我承认不是非常有用的代码。但是。能够模拟两个类的使用。 下一个例子会更和现实情况接近。但是肯定是被简化过了的。在下面的例子里。我定义了集中不同的任务。我用这些任务来启动对硬件设备的连接。操作设备。关闭连接。这些任务通过一个执行引擎依次执行,这些任务通过一个公用的黑板类来共享数据。至于这个任务类的和执行引擎(ExecutionEngine)类还是留到另一篇文章中把。
//一个设备的接口例子
interface IDevice
{
    void Connect();
    void Reset();
    decimal Read(string obis);
    void Close();
}

//任务实例化了设备api,设置并且启动连接 class InitiateDeviceTask : Task { //这个用来定义黑板类里的DeviceAPI 变量 public static BlackboardProperty<IDevice> DeviceAPIProperty = new BlackboardProperty<IDevice>();

protected override void Execute(Blackboard context)
{
    IDevice deviceAPI = null;
    //deviceAPI = ...创建并设置设备 API, 连接到设备
    deviceAPI.Connect();

    //这是最重要的部分 – 我把deviceAPI 放在了黑板类里
    //并使用 DeviceProperty作为该对象的标识符
    context.Set(DeviceAPIProperty, deviceAPI);
}

}

//t该任务重置设备 class ResetDeviceTask : Task { protected override void Execute(Blackboard context) { //从黑板类里取出 deviceAPI // InitiateDeviceTask这个任务必然要在本任务之前执行 IDevice deviceAPI = context.Get(InitiateDeviceTask.DeviceAPIProperty);//注意不需要进行转换 deviceAPI.Reset(); } }

//该任务读取设备的一个寄存器 class ReadRegisterTask : Task { public string RegisterName { get; set; }

//工厂方法为该属性提供一个默认的值
public static BlackboardProperty&lt;Dictionary&lt;string, decimal&gt;&gt; ReadingsProperty = new BlackboardProperty&lt;Dictionary&lt;string, decimal&gt;&gt;("Readings", () =&gt; new Dictionary&lt;string, decimal&gt;());

protected override void DoExecute(Blackboard context)
{
    IDevice deviceAPI = context.Get(InitiateDeviceTask.DeviceAPIProperty);
    decimal value = deviceAPI.Read(RegisterName);//我们可以把值放在一个仓库里

    //可以把寄存器的名字和值存储到字典里。这样其他的任务也可以使用该值了 
    //如果 readings属性不在黑板类里。那么一个空的字典对象将会被 createDefaultValueFunc 工厂方法创建ReadingsProperty来完成。
    context.Get(ReadingsProperty)[RegisterName] = value;
}

}

//该任务关闭对设备的连接 class CloseConnectionTask : Task { protected override void Execute(Blackboard context) { IDevice deviceAPI = context.Get(InitiateDeviceTask.DeviceAPIProperty); deviceAPI.Close(); } }

class Demo { public void StartDemo() { ExecutionEngine engine = new ExecutionEngine(); engine.Enque(new InitiateDeviceTask()); //创建 deviceAPI 对象, 连接, 放在黑板类里 engine.Enque(new ReadRegisterTask() { RegisterName = “1.8.0” }); //使用设备api来读取一个值 engine.Enque(new ReadRegisterTask() { RegisterName = “3.8.0” }); //使用设备api来读取另一个值 engine.Enque(new ResetDeviceTask()); //使用设备api来重置设备 engine.Enque(new CloseConnectionTask()); //使用设备api来关闭设备连接

    //引擎创建了一个黑板, 
    /开启一个新线程并且一个接一个将任务传递给黑板对象来执行
    //
    engine.Start();
}

}

黑板类另一种可能的使用情况就是一个支持插件的软件。如果需要的话允许插件进行通信,这种情况下属性改变的时候能够通知是很有用的。

还有一件重要的事情是注意 BlackboardProperty 实例一般应该作为逻辑上拥有该属性的类的一个静态成员。那么既然那是静态的。同样的BlackboardProperty 实例就可以出现在多个黑板对象里。当某一个给定的属性。黑板对象里没有值的时候。他会请求BlackboardProperty 实例提供一个默认的值。缺省的值可能是一个引用类型,因此,如果你不想在多个黑板对象间共享同一个引用。在创建BlackboardProperty 对象的时候务必使用下面的构造函数。 public BlackboardProperty(string name, Func createDefaultValueFunc) 这就会使得默认的值不会在多个黑板对象间共享。

有意思的地方 我应该说过了。这个方案一部分是受微软WPF中依赖属性的影响。还参考了我前段时间读到的一篇关于枚举类的文章

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原文地址: Type-safe-blackboard-property-bag

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