在上一篇文章中，我們實現了一個簡單的爬蟲，并指出了這種方式的缺陷。現在，我們就來看一下，如何使用C# 4.0中所引入的“協變和逆變”特性來改進這種消息執行方式，這也是我認為在“普適Actor模型”中最合適的做法。這次，我們動真格的了，我們會一條一條地改進前文提出的缺陷。

協變和逆變
在以前的幾篇文章中，我們一直掛在嘴邊的說法便是消息于Actor類型的“耦合”太高。例如在簡單的爬蟲實現中，Crawler接受的消息為Crawl(Monitor, string)，它的第一個參數為Monitor類型。但是在實際應用中，這個參數很可能需要是各種類型，唯一的“約束”只是它必須能夠接受一個ICrawlResponseHandler類型的消息，這樣我們就能把抓取的結果傳遞給它。至于操作Crawler對象的是Monitor還是Robot，還是我們單元測試時動態創建的Mock對象（這很重要），Crawler一概不會關心。

但就是這個約束，在以前的實現中，我們必須讓這個目標繼承Actor< ICrawlResponseHandler>，這樣它也就無法接受其他類型的消息了。例如Monitor還要負責一些查詢操作我們該怎么辦呢？幸運的是，在.NET 4.0(C# 4.0)中，我們只需要讓這個目標實現這樣一個接口即可：

public interface IPort< out T>  
{  
    void Post(Action< T> message);  
} 

瞅到out關鍵字了沒？事實上，還有一個東西您在這里還沒有看到，這便是Action委托在.NET 4.0中的簽名：

public delegate void Action< in T>(T obj); 

就在這樣一個簡單的示例中，協變和逆變所需要的in和out都出現了。這意味著如果有兩個類型Parent和Child，其中Child是Parent的子類（或Parent接口的實現），那么實現了IPort< Child>的對象便可以自動賦值給IPort< Parent>類型的參數或引用1。使用代碼來說明問題可能會更清楚一些：

public class Parent  
{  
    public void ParentMethod() { };  
}  
 
public class Child : Parent { }  
 
static void Main(string[] args)  
{  
    IPort< Child> childPort = new ChildPortType();  
    IPort< Parent> parentPort = childPort; // 自動轉化  
    parentPort.Post(p => p.ParentMethod()); // 可以接受Action< Parent>類型作為消息  
}  

這意味著，我們可以把ICrawlRequestHandler和ICrawlResponseHandler類型寫成下面的形式：

internal interface ICrawlRequestHandler  
{  
    void Crawl(IPort< ICrawlResponseHandler> collector, string url);  
}  
 
internal interface ICrawlResponseHandler  
{  
    void Succeeded(IPort< ICrawlRequestHandler> crawler, string url, string content, List< string> links);  
    void Failed(IPort< ICrawlRequestHandler> crawler, string url, Exception ex);  
}  

如今，Monitor和Crawler便可以寫成如下模樣：

internal class Crawler : Actor< Action< Crawler>>, IPort< Crawler>, ICrawlRequestHandler  
{  
    protected override void Receive(Action< Crawler> message) { message(this); }  
 
    #region ICrawlRequestHandler Members  
 
    void ICrawlRequestHandler.Crawl(IPort< ICrawlResponseHandler> collector, string url)  
    {  
        try 
        {  
            string content = new WebClient().DownloadString(url);  
 
            var matches = Regex.Matches(content, @"href=""(http://[^""]+)""").Cast< Match>();  
            var links = matches.Select(m => m.Groups[1].Value).Distinct().ToList();  
            collector.Post(m => m.Succeeded(this, url, content, links));  
        }  
        catch (Exception ex)  
        {  
            collector.Post(m => m.Failed(this, url, ex));  
        }  
    }  
 
    #endregion  
}  
 
public class Monitor : Actor< Action< Monitor>>, IPort< Monitor>, ICrawlResponseHandler  
{  
    protected override void Receive(Action< Monitor> message) { message(this); }  
 
    #region ICrawlResponseHandler Members  
 
    void ICrawlResponseHandler.Succeeded(IPort< ICrawlRequestHandler> crawler,  
        string url, string content, List< string> links) { ... }  
 
    void ICrawlResponseHandler.Failed(IPort< ICrawlRequestHandler> crawler,  
        string url, Exception ex) { ... }  
 
    #endregion  
 
    private void DispatchCrawlingTasks(IPort< ICrawlRequestHandler> reusableCrawler)  
    {  
        if (this.m_readyToCrawl.Count < = 0)  
        {  
            this.WorkingCrawlerCount--;  
        }  
 
        var url = this.m_readyToCrawl.Dequeue();  
        reusableCrawler.Post(c => c.Crawl(this, url));  
 
        while (this.m_readyToCrawl.Count > 0 &&  
            this.WorkingCrawlerCount <  this.MaxCrawlerCount)  
        {  
            var newUrl = this.m_readyToCrawl.Dequeue();  
            IPort< ICrawlRequestHandler> crawler = new Crawler();  
            crawler.Post(c => c.Crawl(this, newUrl));  
 
            this.WorkingCrawlerCount++;  
        }  
    }  
}  

Monitor的具體實現和上篇文章區別不大，您可以參考文章末尾給出的完整代碼，并配合前文的分析來理解，這里我們只關注被標紅的兩行代碼。

在第一行中我們創建了一個Crawler類型的對象，并把它賦值給IPort< ICrawlerRequestHandler>類型的變量中。請注意，Crawler對象并沒有實現這個接口，它只是實現了IPort< Crawler>及ICrawlerRequestHandler。不過由于IPort< T>支持協變，于是IPort< Crawler>被安全地轉換成了IPort< ICrawlerRequestHandler>對象。

第二行中再次發生了協變：ICrawlRequestHandler.Crawel的第一個參數需要IPort< ICrawlResponseHandler>類型的對象，但是this是Monitor類型的，它并沒有實現這個接口。不過，和上面描述的一樣，由于IPort< T>支持協變，因此這樣的類型轉化是安全的，允許的。于是在Crawler類便可以操作一個“抽象”，而不是具體的Monitor類型來辦事了。

神奇不？但就是這么簡單。

“內部”消息控制
在上一篇文章中，我們還提出了Crawler實現的另一個缺點：沒有使用異步IO。WebClient本身的DownloadStringAsync方法可以進行異步下載，但是如果在異步完成的后續操作（如分析鏈接）會在IO線程池中運行，這樣我們就很難對任務所分配的運算能力進行控制。我們當時提出，可以把后續操作作為消息發送給Crawler本身，也就是進行“內部”消息控制——可惜的是，我們當時無法做到。不過現在，由于Crawler實現的是IPort< Crawler>接口，因此，我們可以把Crawler內部的任何方法作為消息傳遞給自身，如下：

internal class Crawler : Actor< Action< Crawler>>, IPort< Crawler>, ICrawlRequestHandler  
{  
    protected override void Receive(Action< Crawler> message) { message(this); }  
 
    #region ICrawlRequestHandler Members  
 
    public void Crawl(IPort< ICrawlResponseHandler> collector, string url)  
    {  
        WebClient client = new WebClient();  
        client.DownloadStringCompleted += (sender, e) =>  
        {  
            if (e.Error == null)  
            {  
                this.Post(c => c.Crawled(collector, url, e.Result));  
            }  
            else 
            {  
                collector.Post(c => c.Failed(this, url, e.Error));  
            }  
        };  
 
        client.DownloadStringAsync(new Uri(url));  
    }  
 
    private void Crawled(IPort< ICrawlResponseHandler> collector, string url, string content)  
    {  
        var matches = Regex.Matches(content, @"href=""(http://[^""]+)""").Cast< Match>();  
        var links = matches.Select(m => m.Groups[1].Value).Distinct().ToList();  
 
        collector.Post(c => c.Succeeded(this, url, content, links));  
    }  
 
    #endregion  
}  

我們準備了一個private的Crawled方法，如果抓取成功了，我們會把這個方法的調用封裝在一條消息中重新發給自身。請注意，這是個私有方法，因此這里完全是在做“內部”消息控制。

開啟抓取任務
在上一篇文章中，我們為Monitor添加了一個Start方法，它的作用是啟動URL。我們知道，對單個Actor來說消息的處理是線程安全的，但是這個前提是使用“消息”傳遞的方式進行通信，如果直接調用Start公有方法，便會破壞這種線程安全特性。不過現在的Monitor已經不受接口的限制，可以自由接受任何它可以執行的消息，因此我們只要對外暴露一個Crawl方法即可：

public class Monitor : Actor< Action< Monitor>>, IPort< Monitor>,  
    ICrawlResponseHandler,  
    IStatisticRequestHandelr  
{  
    ...  
 
    public void Crawl(string url)  
    {  
        if (this.m_allUrls.Contains(url)) return;  
        this.m_allUrls.Add(url);  
 
        if (this.WorkingCrawlerCount <  this.MaxCrawlerCount)  
        {  
            this.WorkingCrawlerCount++;  
            IPort< ICrawlRequestHandler> crawler = new Crawler();  
            crawler.Post(c => c.Crawl(this, url));  
        }  
        else 
        {  
            this.m_readyToCrawl.Enqueue(url);  
        }  
    }  
}  

于是我們便可以向Monitor發送消息，讓其抓取特定的URL：

string[] urls =  
{  
    "http://www.cnblogs.com/dudu/",  
    "http://www.cnblogs.com/TerryLee/",  
    "http://www.cnblogs.com/JeffreyZhao/" 
};  
 
Random random = new Random(DateTime.Now.Millisecond);  
Monitor monitor = new Monitor(10);  
foreach (var url in urls)  
{  
    var urlToCrawl = url;  
    monitor.Post(m => m.Crawl(urlToCrawl));  
    Thread.Sleep(random.Next(1000, 3000));  
}  
 

上面的代碼會每隔1到3秒發出一個抓取請求。由于我們使用了消息傳遞的方式進行通信，因此對于Monitor來說，這一切都是線程安全的。我們可以隨時隨地為Monitor添加抓取任務。

接受多種消息（協議）
我們再觀察一下Monitor的簽名：

class Monitor : Actor< Action< Monitor>>, IPort< Monitor>, ICrawlResponseHandler
可以發現，如今的Monitor已經和它實現的協議沒有一對一的關系了。也就是說，它可以添加任意功能，可以接受任意類型的消息，我們只要讓它實現另一個接口即可。于是乎，我們再要一個“查詢”功能2：

public interface IStatisticRequestHandelr  
{  
    void GetCrawledCount(IPort< IStatisticResponseHandler> requester);  
    void GetContent(IPort< IStatisticResponseHandler> requester, string url);  
}  
 
public interface IStatisticResponseHandler  
{  
    void ReplyCrawledCount(int count);  
    void ReplyContent(string url, string content);  
}  

為了讓Monior支持查詢，我們還需要為它添加這樣的代碼：

public class Monitor : Actor< Action< Monitor>>, IPort< Monitor>,  
    ICrawlResponseHandler,  
    IStatisticRequestHandelr  
{  
    ...  
 
    #region IStatisticRequestHandelr Members  
 
    void IStatisticRequestHandelr.GetCrawledCount(IPort< IStatisticResponseHandler> requester)  
    {  
        requester.Post(r => r.ReplyCrawledCount(this.m_urlContent.Count));  
    }  
 
    void IStatisticRequestHandelr.GetContent(IPort< IStatisticResponseHandler> requester, string url)  
    {  
        string content;  
        if (!this.m_urlContent.TryGetValue(url, out content))  
        {  
            content = null;  
        }  
 
        requester.Post(r => r.ReplyContent(url, content));  
    }  
 
    #endregion  
}  

最后，我們來嘗試著使用這個“查詢”功能。首先，我們編寫一個測試用的TestStatisticPort類：

public class TestStatisticPort : IPort< IStatisticResponseHandler>, IStatisticResponseHandler  
{  
    private IPort< IStatisticRequestHandelr> m_statisticPort;  
 
    public TestStatisticPort(IPort< IStatisticRequestHandelr> statisticPort)  
    {  
        this.m_statisticPort = statisticPort;  
    }  
 
    public void Start()  
    {  
        while (true)  
        {  
            Console.ReadLine();  
            this.m_statisticPort.Post(s => s.GetCrawledCount(this));  
        }  
    }  
 
    #region IPort< IStatisticResponseHandler> Members  
 
    void IPort< IStatisticResponseHandler>.Post(Action< IStatisticResponseHandler> message)  
    {  
        message(this);  
    }  
 
    #endregion  
 
    #region IStatisticResponseHandler Members  
 
    void IStatisticResponseHandler.ReplyCrawledCount(int count)  
    {  
        Console.WriteLine("Crawled: {0}", count);  
    }  
 
    void IStatisticResponseHandler.ReplyContent(string url, string content) { ... }  
 
    #endregion  
}  

當調用Start方法時，控制臺將會等待用戶敲擊回車鍵。當按下回車鍵時，TestStatisticPort將會向Monitor發送一個IStatisticRequestHandler.GetCrawledCount消息。Monitor回復之后，屏幕上便會顯示當前已經抓取成功的URL數目。例如，我們可以編寫如下的測試代碼：

static void Main(string[] args)  
{  
    var monitor = new Monitor(5);  
    monitor.Post(m => m.Crawl("http://www.cnblogs.com/"));  
 
    TestStatisticPort testPort = new TestStatisticPort(monitor);  
    testPort.Start();  
}  

隨意敲擊幾下回車，結果如下：

總結
如今的做法，兼顧了強類型檢查，并使用C# 4.0中的協變和逆變特性，把上一篇文章中提出的問題解決了，不知您是否理解了這些內容？只可惜，我們在C# 3.0中還沒有協變和逆變。因此，我們還必須思考一個適合C# 3.0的做法。

順便一提，由于F#不支持協變和逆變，因此本文的做法無法在F#中使用。

注1：關于協變和逆變特性，我認為腦袋兄的這篇文章講的非常清楚——您看得頭暈了？是的，剛開始了解協變和逆變，以及它們之間的嵌套規則時我也頭暈，但是您在掌握之后就會發現，這的確是一個非常有用的特性。

注2：不知您是否發現，與之前internal的Crawl相關接口不同，Statistic相關接口是public的。我們在使用接口作為消息時，也可以通過這種辦法來控制哪些消息是可以對外暴露的。這也算是一種額外的收獲吧。

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