事件驱动编程、消息驱动编程、数据驱动编程

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事件驱动

基本概念

窗口/组件

事件

消息(队列)

事件响应(服务处理程序)

调度算法

进程/线程

非阻塞I/O

程序的执行可以看成对CPU,内存,IO资源一次占用

现代操作系统支持多任务,可以分时复用上述资源.

1. 为什么采用事件驱动模型?

事件驱动模型也就是我们常说的观察者，或者发布-订阅模型；理解它的几个关键点：

首先是一种对象间的一对多的关系；最简单的如交通信号灯，信号灯是目标（一方），行人注视着信号灯（多方）；

当目标发送改变（发布），观察者（订阅者）就可以接收到改变；

观察者如何处理（如行人如何走，是快走/慢走/不走，目标不会管的），目标无需干涉；所以就松散耦合了它们之间的关系。

2. 代码执行流程

在传统的或“过程化”的应用程序中，应用程序自身控制了执行哪一部分代码和按何种顺序执行代码。从第一行代码执行程序并按应用程序中预定的路径执行，必要时调用过程。
在事件驱动的应用程序中，代码不是按照预定的路径执行－而是在响应不同的事件时执行不同的代码片段。事件可以由用户操作触发、也可以由来自操作系统或其它应用程序调度算法的消息触发、甚至由应用程序本身的消息触发。这些事件的顺序决定了代码执行的顺序，因此应用程序每次运行时所经过的代码的路径都是不同的。

3. 事件驱动模型

在UI编程中，常常要对鼠标点击进行相应，首先如何获得鼠标点击呢？

方式一：创建一个线程，该线程一直循环检测是否有鼠标点击，那么这个方式有以下几个缺点：

CPU资源浪费，可能鼠标点击的频率非常小，但是扫描线程还是会一直循环检测，这会造成很多的CPU资源浪费；如果扫描鼠标点击的接口是阻塞的呢？如果是堵塞的，又会出现下面这样的问题，如果我们不但要扫描鼠标点击，还要扫描键盘是否按下，由于扫描鼠标时被堵塞了，那么可能永远不会去扫描键盘；如果一个循环需要扫描的设备非常多，这又会引来响应时间的问题；所以，该方式是非常不好的。

方式二：就是事件驱动模型目前大部分的UI编程都是事件驱动模型，如很多UI平台都会提供onClick()事件，这个事件就代表鼠标按下事件。事件驱动模型大体思路如下：

有一个事件（消息）队列；

鼠标按下时，往这个队列中增加一个点击事件（消息）；

有个循环，不断从队列取出事件，根据不同的事件，调用不同的函数，如onClick()、onKeyDown()等；

事件（消息）一般都各自保存各自的处理函数指针，这样，每个消息都有独立的处理函数；如图:

 

4. 事件驱动处理库

select

poll

epoll

libev

5.效率比较 

让我们用例子来比较和对比一下单线程、多线程以及事件驱动编程模型。下图展示了随着时间的推移，这三种模式下程序所做的工作。这个程序有3个任务需要完成，每个任务都在等待I/O操作时阻塞自身。阻塞在I/O操作上所花费的时间已经用灰色框标示出来了。

 

在单线程同步模型中，任务按照顺序执行。如果某个任务因为I/O而阻塞，其他所有的任务都必须等待，直到它完成之后它们才能依次执行。这种明确的执行顺序和串行化处理的行为是很容易推断得出的。如果任务之间并没有互相依赖的关系，但仍然需要互相等待的话这就使得程序不必要的降低了运行速度。

在多线程版本中，这3个任务分别在独立的线程中执行。这些线程由操作系统来管理，在多处理器系统上可以并行处理，或者在单处理器系统上交错执行。这使得当某个线程阻塞在某个资源的同时其他线程得以继续执行。与完成类似功能的同步程序相比，这种方式更有效率，但程序员必须写代码来保护共享资源，防止其被多个线程同时访问。多线程程序更加难以推断，因为这类程序不得不通过线程同步机制如锁、可重入函数、线程局部存储或者其他机制来处理线程安全问题，如果实现不当就会导致出现微妙且令人痛不欲生的bug。

在事件驱动版本的程序中，3个任务交错执行，但仍然在一个单独的线程控制中。当处理I/O或者其他昂贵的操作时，注册一个回调到事件循环中，然后当I/O操作完成时继续执行。回调描述了该如何处理某个事件。事件循环轮询所有的事件，当事件到来时将它们分配给等待处理事件的回调函数。这种方式让程序尽可能的得以执行而不需要用到额外的线程。事件驱动型程序比多线程程序更容易推断出行为，因为程序员不需要关心线程安全问题。

当我们面对如下的环境时，事件驱动模型通常是一个好的选择：

程序中有许多任务，而且…
任务之间高度独立（因此它们不需要互相通信，或者等待彼此）而且…
在等待事件到来时，某些任务会阻塞。
当应用程序需要在任务间共享可变的数据时，这也是一个不错的选择，因为这里不需要采用同步处理。

网络应用程序通常都有上述这些特点，这使得它们能够很好的契合事件驱动编程模型。

事件驱动机制跟消息驱动机制相比

消息驱动和事件驱动很类似，都是先有一个事件，然后产生一个相应的消息，再把消息放入消息队列，由需要的项目获取。他们的区别是消息是谁产生的

消息驱动：鼠标管自己点击不需要和系统有过多的交互，消息由系统（第三方）循环检测，来捕获并放入消息队列。消息对于点击事件来说是被动产生的，高内聚。

事件驱动：鼠标点击产生点击事件后要向系统发送消息“我点击了”的消息，消息是主动产生的。再发送到消息队列中。

事件：按下鼠标，按下键盘，按下游戏手柄，将U盘插入USB接口，都将产生事件。比如说按下鼠标左键，将产生鼠标左键被按下的事件。

消息：当鼠标被按下，产生了鼠标按下事件，windows侦测到这一事件的发生，随即发出鼠标被按下的消息到消息队列中，这消息附带了一系列相关的事件信息，比如鼠标哪个键被按了，在哪个窗口被按的，按下点的坐标是多少？如此等等。

注意： 要理解事件驱动和程序，就需要与非事件驱动的程序进行比较。实际上，现代的程序大多是事件驱动的，比如多线程的程序，肯定是事件驱动的。早期则存在许多非事件驱动的程序，这样的程序，在需要等待某个条件触发时，会不断地检查这个条件，直到条件满足，这是很浪费cpu时间的。而事件驱动的程序，则有机会释放cpu从而进入睡眠态（注意是有机会，当然程序也可自行决定不释放cpu），当事件触发时被操作系统唤醒，这样就能更加有效地使用cpu.再说什么是事件驱动的程序。一个典型的事件驱动的程序，就是一个死循环，并以一个线程的形式存在，这个死循环包括两个部分，第一个部分是按照一定的条件接收并选择一个要处理的事件，第二个部分就是事件的处理过程。程序的执行过程就是选择事件和处理事件，而当没有任何事件触发时，程序会因查询事件队列失败而进入睡眠状态，从而释放cpu。事件驱动的程序，必定会直接或者间接拥有一个事件队列，用于存储未能及时处理的事件。事件驱动的程序的行为，完全受外部输入的事件控制，所以，事件驱动的系统中，存在大量这种程序，并以事件作为主要的通信方式。事件驱动的程序，还有一个最大的好处，就是可以按照一定的顺序处理队列中的事件，而这个顺序则是由事件的触发顺序决定的，这一特性往往被用于保证某些过程的原子化。目前windows,linux,nucleus,vxworks都是事件驱动的，只有一些单片机可能是非事件驱动的。

事件模式耦合高，同模块内好用；消息模式耦合低，跨模块好用。事件模式集成其它语言比较繁琐，消息模式集成其他语言比较轻松。事件是侵入式设计，霸占你的主循环；消息是非侵入式设计，将主循环该怎样设计的自由留给用户。如果你在设计一个东西举棋不定，那么你可以参考win32的GetMessage，本身就是一个藕合度极低的接口，又足够自由，接口任何语言都很方便，具体应用场景再在其基础上封装成事件并不是难事，接口耦合较低，即便哪天事件框架调整，修改外层即可，不会伤经动骨。而如果直接实现成事件，那就完全反过来了。

什么是数据驱动编程

正题

作者在介绍Unix设计原则时，其中有一条为“表示原则：把知识叠入数据以求逻辑质朴而健壮”。结合之前自己的一些经验，我对这个原则很有共鸣，所以先学习了数据驱动编程相关的内容，这里和大家分享出来和大家一起讨论。

核心

数据驱动编程的核心出发点是相对于程序逻辑，人类更擅长于处理数据。数据比程序逻辑更容易驾驭，所以我们应该尽可能的将设计的复杂度从程序代码转移至数据。

真的是这样吗？让我们来看一个示例。假设有一个程序，需要处理其他程序发送的消息，消息类型是字符串，每个消息都需要一个函数进行处理。第一印象，我们可能会这样处理： 

void msg_proc(const char *msg_type, const char *msg_buf) 

{ 

if (0 == strcmp(msg_type, "inivite")) 

    { 

        inivite_fun(msg_buf); 

    } 

else if (0 == strcmp(msg_type, "tring_100")) 

    { 

        tring_fun(msg_buf); 

    } 

else if (0 == strcmp(msg_type, "ring_180")) 

    { 

        ring_180_fun(msg_buf); 

    } 

else if (0 == strcmp(msg_type, "ring_181")) 

    { 

        ring_181_fun(msg_buf); 

    } 

else if (0 == strcmp(msg_type, "ring_182")) 

    { 

        ring_182_fun(msg_buf); 

    } 

else if (0 == strcmp(msg_type, "ring_183")) 

    { 

        ring_183_fun(msg_buf); 

    } 

else if (0 == strcmp(msg_type, "ok_200")) 

    { 

        ok_200_fun(msg_buf); 

    }

    。。。。。。 

else if (0 == strcmp(msg_type, "fail_486")) 

    { 

        fail_486_fun(msg_buf); 

    } 

else 

    { 

        log("未识别的消息类型%s\n", msg_type); 

    } 

} 

上面的消息类型取自sip协议（不完全相同，sip协议借鉴了http协议），消息类型可能还会增加。看着常常的流程可能有点累，检测一下中间某个消息有没有处理也比较费劲，而且，没增加一个消息，就要增加一个流程分支。

按照数据驱动编程的思路，可能会这样设计： 

typedef void (*SIP_MSG_FUN)(const char *);

typedef struct __msg_fun_st 

{ 

    const char *msg_type;//消息类型 

    SIP_MSG_FUN fun_ptr;//函数指针 

}msg_fun_st;

msg_fun_st msg_flow[] = 

{ 

        {"inivite", inivite_fun}, 

        {"tring_100", tring_fun}, 

        {"ring_180", ring_180_fun}, 

        {"ring_181", ring_181_fun}, 

        {"ring_182", ring_182_fun}, 

        {"ring_183", ring_183_fun}, 

        {"ok_200", ok_200_fun},

        。。。。。。 

        {"fail_486", fail_486_fun} 

};

void msg_proc(const char *msg_type, const char *msg_buf) 

{ 

    int type_num = sizeof(msg_flow) / sizeof(msg_fun_st); 

    int i = 0;

for (i = 0; i < type_num; i++) 

    { 

if (0 == strcmp(msg_flow[i].msg_type, msg_type)) 

        { 

            msg_flow[i].fun_ptr(msg_buf); 

return ; 

        } 

    } 

    log("未识别的消息类型%s\n", msg_type); 

} 

数据驱动优势

1、可读性更强，消息处理流程一目了然。

2、更容易修改，要增加新的消息，只要修改数据即可，不需要修改流程。

3、重用，第一种方案的很多的else if其实只是消息类型和处理函数不同，但是逻辑是一样的。下面的这种方案就是将这种相同的逻辑提取出来，而把容易发生变化的部分提到外面。

隐含在背后的思想：

很多设计思路背后的原理其实都是相通的，隐含在数据驱动编程背后的实现思想包括：

1、控制复杂度。通过把程序逻辑的复杂度转移到人类更容易处理的数据中来，从而达到控制复杂度的目标。

2、隔离变化。像上面的例子，每个消息处理的逻辑是不变的，但是消息可能是变化的，那就把容易变化的消息和不容易变化的逻辑分离。

3、机制和策略的分离。和第二点很像，本书中很多地方提到了机制和策略。上例中，我的理解，机制就是消息的处理逻辑，策略就是不同的消息处理（后面想专门写一篇文章介绍下机制和策略）。

数据驱动可以用来做什么：

如上例所示，它可以应用在函数级的设计中。

同时，它也可以应用在程序级的设计中，典型的比如用表驱动法实现一个状态机（后面写篇文章专门介绍）。

也可以用在系统级的设计中，比如DSL（这方面我经验有些欠缺，目前不是非常确定）。

它不是什么：

1、 它不是一个全新的编程模型：它只是一种设计思路，而且历史悠久，在unix/linux社区应用很多；

2、它不同于面向对象设计中的数据：“数据驱动编程中，数据不但表示了某个对象的状态，实际上还定义了程序的流程；OO看重的是封装，而数据驱动编程看重的是编写尽可能少的代码。”

书中的值得思考的话：

数据压倒一切。如果选择了正确的数据结构并把一切组织的井井有条，正确的算法就不言自明。编程的核心是数据结构，而不是算法。——Rob Pike

程序员束手无策。。。。。只有跳脱代码，直起腰，仔细思考数据才是最好的行动。表达式编程的精髓。——Fred Brooks

数据比程序逻辑更易驾驭。尽可能把设计的复杂度从代码转移至数据是个好实践。——《unix编程艺术》作者。

转载自：学时网 » 事件驱动编程、消息驱动编程、数据驱动编程

网址：事件驱动编程、消息驱动编程、数据驱动编程 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/429109

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