13.1.3 理解工作流的原理

13.1.3 理解工作流的原理

从前一章我们知道，用计算表达式写的 F# 代码，会由对应的计算生成器，转换成使用基本操作的表达式。对于异步工作流来说，let! 结构转换成对 async.Bind 的调用，return 转换成 async.Return；此外，异步工作流自动延迟，因此，计算本身需要包装成另外的基本操作，以确保整个代码包含在一个函数中，这个函数能够在后面工作流启动时执行。清单 13.3 是清单 13.2 工作流转换后的版本。

清单13.3 显式构造异步工作流 (F#)

async.Delay(fun () –>
  let request = HttpWebRequest.Create(url)
  async.Bind(request.AsyncGetResponse(), fun response –>
    async.Using(response, fun response –>
      let stream = response.GetResponseStream()
      async.Using(new StreamReader(stream), fun reader –>
        reader.AsyncReadToEnd() )
    )
  )
)

Delay 成员把函数包装成可以延迟执行的工作流。这个 Lambda 函数的主体就作为一个参数值，创建 HTTP 请求，使用自定义的异步值绑定，把值指定给 resp 符号。编译器把每个 use 绑定转换成对 Using 成员的调用，这是另一个基本操作，由计算表达式生成器提供的。它负责在工作流结束时，释放对象，不管成功与否。
Delay 成员是计算生成器成员之一，在实现计算表达式时提供。在清单 13.3 中，它把函数为参数，返回异步工作流（类型是 unit ->Async<’a>），返回的工作流，是包装了这个函数的值（Async<’a>）。有了这个基本操作，整个计算可以包含在一个函数中，在创建 Async<’a> 值时并不执行。这与前一章关于 option<’a> 类型的例子，完全不同。选项表示值，所以，计算表达式立即运行，并返回新的选项值；而工作流表示计算。当我们深入了解 Async<’a> 类型之后，就会更清楚其意思。
在清单 13.3 中的另一个基本操作是 Bind 成员。从前一章我们知道，这是所有计算表达式的核心。在异步工作流中，Bind 可以启动操作，而不阻塞调用者线程。我们使用基本操作，比如 Async.RunSynchronously，执行工作流时，到底会发生什么：

1、作为参数值传递给 Delay 基本操作的函数，启动执行，同步创建对象，表示对给定URL 的 HTTP 请求。
2、调用 AsyncGetResponse 的结果，是异步工作流的基本操作，它知道如何启动请求，操作完成时调用指定函数。
3、执行 Bind 成员，把第二步中的工作流作为第一个参数，另一个参数是函数，参数为 HTTP 响应，即工作流完成时应该执行的操作。这个函数称为连续（continuation），这个术语我们已经见过（在第十章讨论递归时，我们用它作为累加器参数，累加需要在后面运行的代码）。
4、Bind 成员运行由 AsyncGetResponse 创建的工作流，把连续作为参数。然后，工作流基本操作调用 .NET 的 BeginGetResponse 方法，指示系统启动下载响应，当操作完成时调用给定连续。在这里，Bind 成员返回，正在执行操作的线程被释放，可以继续做其它工作，或者返回给线程池。
5、当响应准备就绪时，系统将调用连续。工作流使用 .NET 方法 EndGetResponse 获得响应对象，执行提供给 Bind 成员的连续，表示工作流的其余部分。注意，系统再从线程池取得线程，因此，每次使用 let! 基本操作时，工作流的其余部分可能运行在不同的线程上。
执行异步工作流，不要等待结果，更重要在于，把连续作为参数值；当工作流中的相应步骤完成时，这个连续就会执行。使用异步工作流，不必显式写使用连续的代码，编译器会把 let! 基本操作转换成对 Bind 成员的调用，自动创建连续。

异步工作流的类型

使用异步工作流，不一定非要了解所有的详节，而可能对它是如何实现的，会有点兴趣。我们已经知道，异步工作流类似于函数，表示延迟执行的计算。在 F# 库中，它的类型用函数表示；这个类型有点复杂，最简单的异步计算可能像下面这样：

type Async<’T> = ((‘T -> unit) * (exn -> unit) * (unit -> unit)) –> unit

这是一个函数，有三个参数组成元组，返回 unit 值。这三个参数很重要，因为它们是连续函数，在异步工作流完成时调用。第一个参数是成功时连续，类型为 ‘T -> unit，表示把工作流的结果作为参数，当工作流完成时，将调用这个连续，然后，它可以运行其他工作流，或者任何其他代码。第二个参数是异常时连续，参数为 exn 值，这是 F# 对 .NET Exception 类型的缩写，可以猜到，它是工作流执行失败时的操作。第三个函数为取消时连续，工作流被取消时触发。

虽然不需要完全了解异步工作流的实现细节，但是，能够创建自定义的工作流基本操作，相当于清单 13.3 中使用的 AsyncGetResponse 方法，还是非常有用的。然后，可以使用其余的构件（building blocks），不费什么劲就能异步运行自己的代码了。