《軟件學報》排版樣例(中文論文)2005版

1、并發(fā)面向?qū)ο笾械睦^承反常現(xiàn)象王生原1+, 楊良懷2, 袁崇義3, 楊 萍41(清華大學計算機科學與技術(shù)系, 北京100084) 2(新加坡國立大學計算學院計算機科學系,新加坡 )3(北京大學計算機科學技術(shù)系,北京100871) 4(蘭州大學信息科學與工程學院, 甘肅蘭州730000) inheritance anomaly in concurrent object orientation*wang sheng-y uan1+, yang liang-huai2, yuan chong-y i3, yang ping41(department of compu ter science and t

2、echnology, tsinghua university, beijing 100084, china) 2(department of compu ter science, school of computing, national university of singapore, singapore)3(department of compu ter science and technology, beijing university, beijing 100871, china) 4(school of information science and technology, lanz

3、hou university, lanzhou 730000, china)+ corresponding author: phn: +86-10-62645407, fax: +86-10-62645000, e-mail: , http:/received 2002-10-08; accepted 2003-01-05 abstract : the combination of concurrency and object orientation is definitely natural except for inheritance. one of the interferences b

4、etween inheritance and concurrency is inheritance anomaly. although havin g been researched ext ensively, inheritance anomalies are still only vaguely defined and often misunderstood, and no much formal work has been done. a new viewpoint is set forth for understanding inheritance anomalies, in whic

5、h each subtyping relation has its specific incremental inheritance. related concepts and definitions are formalized through the language of category. some issues are well adapted to distinguish and explain different standpoints about inheritance anomalies, and can serve as guidelines in the modeling

6、 of inheritance. key words: concurrency; object orientation; inheritance anomaly; incremental inheritance; category theory support ed by the national natural science foundation of china under grant no.60373000 ( 國家自然科學基金); the nationalhigh-tech research and development plan of china under grant nos.

7、863-317-01-04-99, 2001aa115126 (國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863); the national grand fundamental research 973 program of china under grant no.g1999032706 ( 國家重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃(973); the key science-technology project of the national ,ninth five-year-pl an? of china under grant no.98 -780-01-07-03 ( 國家“ 九五” 重點科技攻關(guān)項目); the

8、defense pre-research project of the ,ni nth five -year-plan? of china (國家“ 九五” 國防預研基金); the national research foundation for the doctoral program of higher education of china ( 國家教育部博士點基金); the ministry & commission-level research foundation of chi na (部委級基金 ); the nat ural sci ence foundation o

9、f gansu province of china under grantno.zs991-a25-014-g (甘肅省自然科學基金) 作者簡介 : 王生原 (1964), 男,山西應縣人 ,博士 ,副教授 ,主要研究領域為分布對象計算,petri 網(wǎng)應用 ,嵌入式軟件環(huán)境;楊良懷(1967),男,博士 ,講師 ,主要研究領域為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù),數(shù)據(jù)倉庫 ,半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),web 數(shù)據(jù)集成 ,數(shù)據(jù)挖掘 ;袁崇義 (1941),男,教授 ,博士生導師 ,主要研究領域為并行計算,petri 網(wǎng)理論及應用;楊萍 (1964),女,副教授 ,主要研究領域為人工智能. 王生原等:并發(fā)面向?qū)ο笾械睦^承反常

10、現(xiàn)象961 摘要: 如果不考慮繼承性,并發(fā)性與對象技術(shù)的結(jié)合是很自然的.繼承反常 (又稱繼承異常)現(xiàn)象是繼承性和并發(fā)性不相容的主要原因之一.現(xiàn)階段人們對繼承反?，F(xiàn)象的認識有許多模糊之處,出發(fā)點不盡相同,形式化的工作也很少 .對不同的subtyping 關(guān)系考慮其特有的漸增式繼承方法有利于把握繼承反常現(xiàn)象的實質(zhì),也豐富了“ 在并發(fā)面向?qū)ο笳Z言中應將inheritance 層次和subtyping 層次區(qū)別對待” 這一認識的內(nèi)涵.在闡述基本觀點之后,采用范疇論的術(shù)語對相關(guān)的概念和定義做了形式化工作.一些觀點和結(jié)論適用于區(qū)分和解釋相關(guān)工作的出發(fā)點和貢獻 ,并對并發(fā)面向?qū)ο蠹夹g(shù)中繼承性的建模問題有所啟

11、示. 關(guān)鍵詞 : 并發(fā)性 ;面向?qū)ο?;繼承反常 ;漸增式繼承 ;范疇論中圖法分類號: tp301文獻標識碼: a inheritance( 繼承 )是類 (class)之間的一種層次關(guān)系.在一般的面向?qū)ο笳Z言中,類層次自動對應了一種類型(type) 層次1,這樣 ,superclass 和 subclass 之間的關(guān)系自然是一種supertype 和 subtype 之間的關(guān)系 . 1 認識繼承反常現(xiàn)象如圖 1 所示 ,類 buffer 實現(xiàn)了一個有界緩沖區(qū)類型,可以并發(fā)地接受消息put 和 get.同步機制采用了“method guards ”方式 ,即為每一個method 附加一個gua

12、rd 謂詞2.構(gòu)造 buffer 的另一個子類lockablebuffer也會引發(fā)同樣的問題 .這種 “ 為獲得有效繼承而必須對父類代碼進行實質(zhì)性修改的現(xiàn)象” 就是所謂的繼承反常(inheritance anomaly)35. 2 理解繼承反常現(xiàn)象2.1 區(qū)別 inheritance 和subtyping綜合各種觀點,要理解和解釋繼承反常現(xiàn)象,首先必須正確區(qū)別inheritance 層次和 subtyping 層次 ,并深刻領會二者的聯(lián)系6, 7.對于這個問題,文獻 1,8 的觀點是比較權(quán)威的.在此基礎上 ,我們的理解是:inheritance是在代碼層次上作修改,而 subtyping 是在

13、語義層次上作修改.前者是代碼共享的一種重要途徑,但不能保證subclass 能夠繼承 superclass 的行為 ;后者要求subtype 保持 supertype 的某種外部可觀察行為(或語義行為 ),在規(guī)范一級共享,同代碼沒有關(guān)系.inheritance層次關(guān)系可以理解為“is_similar_to”(或“l(fā)ike ”)的關(guān)系 ,而將 “is_a ”關(guān)系更適合用在理解 subtyping 層次關(guān)系上 ,見表 19. table 1latency of macro-instructions 表 1宏指令的時延acronymmacro-inst ructions latency (ns) e

14、vent symbolvalue symbol nsi net_slice_init() 87 n( ,e) nst net_slice_stop() 154 nse net_slice_exit() 904 (1.4%) n( ,e) nso inter-overhead bet ween net_slice_start() and net_slice_stop() 150 on(o,e) nsa overhead of net_slic e_start() 303 n( ,e) 命題 1. 設 rrl,rr,r 定義的 class 范疇為 cr,r定義的class 范疇為cr,則 cr是

15、cr的子范疇 ,并稱之為 cr的子 class 范疇 . 證明 :對任何 a,b ob cr=ob cr,homcr(a,b)homcr(a,b). 推論 1. 任何 rrl定義的 class 范疇 cr都是 cl的子 class 范疇 . interest patternsvector clustering pattern derivation feature extractiondocumentdatabase vector database documentclusters interesttopicsfig.1 mining interest patterns 圖 1 興趣模式的挖掘過

16、程962 2.2 漸增式繼承subtyping 要求 subtype 保持 supertype 的某種行為 (可看作是一種不變量,比如同步約束)10.subclass 在增加新的屬性或方法時,為了避免破壞這種不變量,難免要對繼承的代碼進行擴展或修改.這種擴展或修改很可能是重大的或?qū)嵸|(zhì)性的,結(jié)果使得代碼共享失去意義.這便是繼承反常的直觀含義. 假定非線性優(yōu)化問題: yxzzyxxzdd1min22(1) 的近似解為3030)()(),(ijniniijybxbbyxz,其中3030,iijjbbbb由邊界條件決定.確定其余幾個b zier 系數(shù)是一個非線性約束優(yōu)化問題.我們采用基于一維線性搜索的

17、整體收斂的newton 迭代方法來求解.其基本的迭代格式為.1niiipxx步長i采用回溯線性搜索方法確定,下降方向np是 newton 方向 ,這種非線性優(yōu)化方法是一個比較成功的具有整體收斂性的方法,對于初值的選擇沒有苛刻的要求. 基于 tb-ccrd的新系統(tǒng)采用與linux 直接路由 式 虛 擬服 務 器 相 同 的 框 架結(jié) 構(gòu)11.如圖2 所示,dwss的各個后端服務器通過高速以太網(wǎng)相互連接 ,它們屏蔽arp協(xié)議 ,并擁有與前端機相同的ip(記為 vip)和 web 服務端口號 (記為 vport), 在用戶看來 ,這個系統(tǒng)就相當于一個ip 地址為vip,服務端口號為 vport 的

18、web服務器 .在新系統(tǒng)中 ,前端機負責接收來自用戶的數(shù)據(jù)包,發(fā)放用于指示處理該數(shù)據(jù)包最適當?shù)姆掌鱥d( 可以是后端機在系統(tǒng)內(nèi)部的標識符 ,也可以是它的mac地址 )的標記 ,并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包 ;后端機則負責處理由前端機轉(zhuǎn)發(fā)而來的用戶數(shù)據(jù)包并直接回應用戶,具體包括建立/拆除與用戶的 tcp 連接、 tcp 連接轉(zhuǎn)交以及提供url 內(nèi)容等工作 . 2.2.1 定義繼承反?，F(xiàn)象本節(jié)是對上述觀點的形式化描述,可與第 2.2 節(jié)對照閱讀 .范疇論的觀點層次較高,易于抽象出問題的本質(zhì). 與程序 p 在 f 下運行等價的錯誤影響程序pf有2.2.2 解釋繼承反?，F(xiàn)象例 1:在談到順序面向?qū)ο笳Z言時,一般不涉

19、及繼承反?，F(xiàn)象.這是因為 ,這類語言l 都默認一個特殊的subtyping 關(guān)系 p(由 rl定義的完整inheritance 層次關(guān)系被默認為相應于p 的漸增式繼承關(guān)系),它對應的type范疇記為tl,滿足 :cl實現(xiàn) tl,實現(xiàn)函子為f:a(aob clfa type(a).l 無 p-繼承反常 .因為順序面向?qū)ο笳Z言不提供定義subtyping 關(guān)系的機制 ,所以這種默認的subtyping 關(guān)系是語言中惟一的subtyping 關(guān)系 ,這些語言l 無繼承反常 . 3 結(jié)束語本文形式地給出了“ 繼承反常現(xiàn)象” 的一種一般性定義.定義對每一種subtyping 關(guān)系都有其相對應的“ 漸增式

20、繼承 ” ,使其更具有普適性.文中 “ 漸增式繼承 ” 是一個相對的概念,這有助于對人們“ 使繼承反?，F(xiàn)象得到緩解”(2) initpf=initp, varpf=varf, unitpf=a1f;a2f;anf, wherepf=wherepfaultassumptionf. internetresponse requestbrowser front_end server back_end server back_end server back_end server . . . fig.2 the framework of the tb-ccrd based dwss 圖 2 基于標記的緩存

21、協(xié)作dwss 系統(tǒng)框架王生原等:并發(fā)面向?qū)ο笾械睦^承反?，F(xiàn)象963 的努力得以分類和評價. 致謝在此 ,我們向?qū)Ρ疚牡墓ぷ鹘o予支持和建議的同行,尤其是北京大學計算機科學技術(shù)系袁崇義教授、屈婉玲教授領導的討論班上的同學和老師表示感謝. references: 1 clif ton c, leavens gt, chambers c, millstein t. multijava: modular open classes and symm etric multipl e dispatch for java. acmsigplan noti ces, 2000,35(10):130-145.2 w

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23、muni cations, 1988,6(9): 1617-1622. 4 yonezawa a. abcl: an object-ori ented concurrent system. cambridge: mit press, 1990.5 matsuoka s, yonezawa a. analysis of inherit ance anomaly in obj ect-orient ed concurrent programming l anguages. in: agha g, wegner p, yonezawa a, eds. research di rections in

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