哪里能够下载到程序员杂志第八期介绍的《programming server-side application for windows》书籍的电子版

liguang 2003-08-11 02:13:27

同题，望各位能告之，小弟十分想阅读此书。

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文将对 Linux™ 程序员可以使用的内存管理技术进行概述，虽然关注的重点是 C 语言，但同样也适用于其他语言。文中将为您提供如何管理内存的细节，然后将进一步展示如何手工管理内存，如何使用引用计数或者内存池来半手工地管理内存，以及如何使用垃圾收集自动管理内存。为什么必须管理内存内存管理是计算机编程最为基本的领域之一。在很多脚本语言中，您不必担心内存是如何管理的，这并不能使得内存管理的重要性有一点点降低。对实际编程来说，理解您的内存管理器的能力与局限性至关重要。在大部分系统语言中，比如 C 和 C++，您必须进行内存管理。本文将介绍手工的、半手工的以及自动的内存管理实践的基本概念。追溯到在 Apple II 上进行汇编语言编程的时代，那时内存管理还不是个大问题。您实际上在运行整个系统。系统有多少内存，您就有多少内存。您甚至不必费心思去弄明白它有多少内存，因为每一台机器的内存数量都相同。所以，如果内存需要非常固定，那么您只需要选择一个内存范围并使用它即可。不过，即使是在这样一个简单的计算机中，您也会有问题，尤其是当您不知道程序的每个部分将需要多少内存时。如果您的空间有限，而内存需求是变化的，那么您需要一些方法来满足这些需求：确定您是否有足够的内存来处理数据。从可用的内存中获取一部分内存。向可用内存池（pool）中返回部分内存，以使其可以由程序的其他部分或者其他程序使用。实现这些需求的程序库称为分配程序（allocators），因为它们负责分配和回收内存。程序的动态性越强，内存管理就越重要，您的内存分配程序的选择也就更重要。让我们来了解可用于内存管理的不同方法，它们的好处与不足，以及它们最适用的情形。回页首 C 风格的内存分配程序 C 编程语言提供了两个函数来满足我们的三个需求： malloc：该函数分配给定的字节数，并返回一个指向它们的指针。如果没有足够的可用内存，那么它返回一个空指针。 free：该函数获得指向由 malloc 分配的内存片段的指针，并将其释放，以便以后的程序或操作系统使用（实际上，一些 malloc 实现只能将内存归还给程序，而无法将内存归还给操作系统）。物理内存和虚拟内存要理解内存在程序中是如何分配的，首先需要理解如何将内存从操作系统分配给程序。计算机上的每一个进程都认为自己可以访问所有的物理内存。显然，由于同时在运行多个程序，所以每个进程不可能拥有全部内存。实际上，这些进程使用的是虚拟内存。只是作为一个例子，让我们假定您的程序正在访问地址为 629 的内存。不过，虚拟内存系统不需要将其存储在位置为 629 的 RAM 中。实际上，它甚至可以不在 RAM 中 —— 如果物理 RAM 已经满了，它甚至可能已经被转移到硬盘上！由于这类地址不必反映内存所在的物理位置，所以它们被称为虚拟内存。操作系统维持着一个虚拟地址到物理地址的转换的表，以便计算机硬件可以正确地响应地址请求。并且，如果地址在硬盘上而不是在 RAM 中，那么操作系统将暂时停止您的进程，将其他内存转存到硬盘中，从硬盘上加载被请求的内存，然后再重新启动您的进程。这样，每个进程都获得了自己可以使用的地址空间，可以访问比您物理上安装的内存更多的内存。在 32-位 x86 系统上，每一个进程可以访问 4 GB 内存。现在，大部分人的系统上并没有 4 GB 内存，即使您将 swap 也算上，每个进程所使用的内存也肯定少于 4 GB。因此，当加载一个进程时，它会得到一个取决于某个称为系统中断点（system break）的特定地址的初始内存分配。该地址之后是未被映射的内存 —— 用于在 RAM 或者硬盘中没有分配相应物理位置的内存。因此，如果一个进程运行超出了它初始分配的内存，那么它必须请求操作系统“映射进来（map in）”更多的内存。（映射是一个表示一一对应关系的数学术语 —— 当内存的虚拟地址有一个对应的物理地址来存储内存内容时，该内存将被映射。）基于 UNIX 的系统有两个可映射到附加内存中的基本系统调用： brk： brk() 是一个非常简单的系统调用。还记得系统中断点吗？该位置是进程映射的内存边界。 brk() 只是简单地将这个位置向前或者向后移动，就可以向进程添加内存或者从进程取走内存。 mmap： mmap()，或者说是“内存映像”，类似于 brk()，但是更为灵活。首先，它可以映射任何位置的内存，而不单单只局限于进程。其次，它不仅可以将虚拟地址映射到物理的 RAM 或者 swap，它还可以将它们映射到文件和文件位置，这样，读写内存将对文件中的数据进行读写。不过，在这里，我们只关心 mmap 向进程添加被映射的内存的能力。 munmap() 所做的事情与 mmap() 相反。如您所见， brk() 或者 mmap() 都可以用来向我们的进程添加额外的虚拟内存。在我们的例子中将使用 brk()，因为它更简单，更通用。实现一个简单的分配程序如果您曾经编写过很多 C 程序，那么您可能曾多次使用过 malloc() 和 free()。不过，您可能没有用一些时间去思考它们在您的操作系统中是如何实现的。本节将向您展示 malloc 和 free 的一个最简化实现的代码，来帮助说明管理内存时都涉及到了哪些事情。要试着运行这些示例，需要先复制本代码清单，并将其粘贴到一个名为 malloc.c 的文件中。接下来，我将一次一个部分地对该清单进行解释。在大部分操作系统中，内存分配由以下两个简单的函数来处理： void *malloc(long numbytes)：该函数负责分配 numbytes 大小的内存，并返回指向第一个字节的指针。 void free(void *firstbyte)：如果给定一个由先前的 malloc 返回的指针，那么该函数会将分配的空间归还给进程的“空闲空间”。 malloc_init 将是初始化内存分配程序的函数。它要完成以下三件事：将分配程序标识为已经初始化，找到系统中最后一个有效内存地址，然后建立起指向我们管理的内存的指针。这三个变量都是全局变量：清单 1. 我们的简单分配程序的全局变量 int has_initialized = 0; void *managed_memory_start; void *last_valid_address; 如前所述，被映射的内存的边界（最后一个有效地址）常被称为系统中断点或者当前中断点。在很多 UNIX® 系统中，为了指出当前系统中断点，必须使用 sbrk(0) 函数。 sbrk 根据参数中给出的字节数移动当前系统中断点，然后返回新的系统中断点。使用参数 0 只是返回当前中断点。这里是我们的 malloc 初始化代码，它将找到当前中断点并初始化我们的变量：清单 2. 分配程序初始化函数 /* Include the sbrk function */ #include void malloc_init() { /* grab the last valid address from the OS */ last_valid_address = sbrk(0); /* we don't have any memory to manage yet, so *just set the beginning to be last_valid_address */ managed_memory_start = last_valid_address; /* Okay, we're initialized and ready to go */ has_initialized = 1; } 现在，为了完全地管理内存，我们需要能够追踪要分配和回收哪些内存。在对内存块进行了 free 调用之后，我们需要做的是诸如将它们标记为未被使用的等事情，并且，在调用 malloc 时，我们要能够定位未被使用的内存块。因此， malloc 返回的每块内存的起始处首先要有这个结构：清单 3. 内存控制块结构定义 struct mem_control_block { int is_available; int size; }; 现在，您可能会认为当程序调用 malloc 时这会引发问题 —— 它们如何知道这个结构？答案是它们不必知道；在返回指针之前，我们会将其移动到这个结构之后，把它隐藏起来。这使得返回的指针指向没有用于任何其他用途的内存。那样，从调用程序的角度来看，它们所得到的全部是空闲的、开放的内存。然后，当通过 free() 将该指针传递回来时，我们只需要倒退几个内存字节就可以再次找到这个结构。在讨论分配内存之前，我们将先讨论释放，因为它更简单。为了释放内存，我们必须要做的惟一一件事情就是，获得我们给出的指针，回退 sizeof(struct mem_control_block) 个字节，并将其标记为可用的。这里是对应的代码：清单 4. 解除分配函数 void free(void *firstbyte) { struct mem_control_block *mcb; /* Backup from the given pointer to find the * mem_control_block */ mcb = firstbyte - sizeof(struct mem_control_block); /* Mark the block as being available */ mcb->is_available = 1; /* That's It! We're done. */ return; } 如您所见，在这个分配程序中，内存的释放使用了一个非常简单的机制，在固定时间内完成内存释放。分配内存稍微困难一些。以下是该算法的略述：清单 5. 主分配程序的伪代码 1. If our allocator has not been initialized, initialize it. 2. Add sizeof(struct mem_control_block) to the size requested. 3. start at managed_memory_start. 4. Are we at last_valid address? 5. If we are: A. We didn't find any existing space that was large enough -- ask the operating system for more and return that. 6. Otherwise: A. Is the current space available (check is_available from the mem_control_block)? B. If it is: i) Is it large enough (check "size" from the mem_control_block)? ii) If so: a. Mark it as unavailable b. Move past mem_control_block and return the pointer iii) Otherwise: a. Move forward "size" bytes b. Go back go step 4 C. Otherwise: i) Move forward "size" bytes ii) Go back to step 4 我们主要使用连接的指针遍历内存来寻找开放的内存块。这里是代码：清单 6. 主分配程序 void *malloc(long numbytes) { /* Holds where we are looking in memory */ void *current_location; /* This is the same as current_location, but cast to a * memory_control_block */ struct mem_control_block *current_location_mcb; /* This is the memory location we will return. It will * be set to 0 until we find something suitable */ void *memory_location; /* Initialize if we haven't already done so */ if(! has_initialized) { malloc_init(); } /* The memory we search for has to include the memory * control block, but the users of malloc don't need * to know this, so we'll just add it in for them. */ numbytes = numbytes + sizeof(struct mem_control_block); /* Set memory_location to 0 until we find a suitable * location */ memory_location = 0; /* Begin searching at the start of managed memory */ current_location = managed_memory_start; /* Keep going until we have searched all allocated space */ while(current_location != last_valid_address) { /* current_location and current_location_mcb point * to the same address. However, current_location_mcb * is of the correct type, so we can use it as a struct. * current_location is a void pointer so we can use it * to calculate addresses. */ current_location_mcb = (struct mem_control_block *)current_location; if(current_location_mcb->is_available) { if(current_location_mcb->size >= numbytes) { /* Woohoo! We've found an open, * appropriately-size location. */ /* It is no longer available */ current_location_mcb->is_available = 0; /* We own it */ memory_location = current_location; /* Leave the loop */ break; } } /* If we made it here, it's because the Current memory * block not suitable; move to the next one */ current_location = current_location + current_location_mcb->size; } /* If we still don't have a valid location, we'll * have to ask the operating system for more memory */ if(! memory_location) { /* Move the program break numbytes further */ sbrk(numbytes); /* The new memory will be where the last valid * address left off */ memory_location = last_valid_address; /* We'll move the last valid address forward * numbytes */ last_valid_address = last_valid_address + numbytes; /* We need to initialize the mem_control_block */ current_location_mcb = memory_location; current_location_mcb->is_available = 0; current_location_mcb->size = numbytes; } /* Now, no matter what (well, except for error conditions), * memory_location has the address of the memory, including * the mem_control_block */ /* Move the pointer past the mem_control_block */ memory_location = memory_location + sizeof(struct mem_control_block); /* Return the pointer */ return memory_location; } 这就是我们的内存管理器。现在，我们只需要构建它，并在程序中使用它即可。运行下面的命令来构建 malloc 兼容的分配程序（实际上，我们忽略了 realloc() 等一些函数，不过， malloc() 和 free() 才是最主要的函数）：清单 7. 编译分配程序 gcc -shared -fpic malloc.c -o malloc.so 该程序将生成一个名为 malloc.so 的文件，它是一个包含有我们的代码的共享库。在 UNIX 系统中，现在您可以用您的分配程序来取代系统的 malloc()，做法如下：清单 8. 替换您的标准的 malloc LD_PRELOAD=/path/to/malloc.so export LD_PRELOAD LD_PRELOAD 环境变量使动态链接器在加载任何可执行程序之前，先加载给定的共享库的符号。它还为特定库中的符号赋予优先权。因此，从现在起，该会话中的任何应用程序都将使用我们的 malloc()，而不是只有系统的应用程序能够使用。有一些应用程序不使用 malloc()，不过它们是例外。其他使用 realloc() 等其他内存管理函数的应用程序，或者错误地假定 malloc() 内部行为的那些应用程序，很可能会崩溃。ash shell 似乎可以使用我们的新 malloc() 很好地工作。如果您想确保 malloc() 正在被使用，那么您应该通过向函数的入口点添加 write() 调用来进行测试。我们的内存管理器在很多方面都还存在欠缺，但它可以有效地展示内存管理需要做什么事情。它的某些缺点包括：由于它对系统中断点（一个全局变量）进行操作，所以它不能与其他分配程序或者 mmap 一起使用。当分配内存时，在最坏的情形下，它将不得不遍历全部进程内存；其中可能包括位于硬盘上的很多内存，这意味着操作系统将不得不花时间去向硬盘移入数据和从硬盘中移出数据。没有很好的内存不足处理方案（ malloc 只假定内存分配是成功的）。它没有实现很多其他的内存函数，比如 realloc()。由于 sbrk() 可能会交回比我们请求的更多的内存，所以在堆（heap）的末端会遗漏一些内存。虽然 is_available 标记只包含一位信息，但它要使用完整的 4-字节的字。分配程序不是线程安全的。分配程序不能将空闲空间拼合为更大的内存块。分配程序的过于简单的匹配算法会导致产生很多潜在的内存碎片。我确信还有很多其他问题。这就是为什么它只是一个例子! 其他 malloc 实现 malloc() 的实现有很多，这些实现各有优点与缺点。在设计一个分配程序时，要面临许多需要折衷的选择，其中包括：分配的速度。回收的速度。有线程的环境的行为。内存将要被用光时的行为。局部缓存。簿记（Bookkeeping）内存开销。虚拟内存环境中的行为。小的或者大的对象。实时保证。每一个实现都有其自身的优缺点集合。在我们的简单的分配程序中，分配非常慢，而回收非常快。另外，由于它在使用虚拟内存系统方面较差，所以它最适于处理大的对象。还有其他许多分配程序可以使用。其中包括： Doug Lea Malloc：Doug Lea Malloc 实际上是完整的一组分配程序，其中包括 Doug Lea 的原始分配程序，GNU libc 分配程序和 ptmalloc。 Doug Lea 的分配程序有着与我们的版本非常类似的基本结构，但是它加入了索引，这使得搜索速度更快，并且可以将多个没有被使用的块组合为一个大的块。它还支持缓存，以便更快地再次使用最近释放的内存。 ptmalloc 是 Doug Lea Malloc 的一个扩展版本，支持多线程。在本文后面的参考资料部分中，有一篇描述 Doug Lea 的 Malloc 实现的文章。 BSD Malloc：BSD Malloc 是随 4.2 BSD 发行的实现，包含在 FreeBSD 之中，这个分配程序可以从预先确实大小的对象构成的池中分配对象。它有一些用于对象大小的 size 类，这些对象的大小为 2 的若干次幂减去某一常数。所以，如果您请求给定大小的一个对象，它就简单地分配一个与之匹配的 size 类。这样就提供了一个快速的实现，但是可能会浪费内存。在参考资料部分中，有一篇描述该实现的文章。 Hoard：编写 Hoard 的目标是使内存分配在多线程环境中进行得非常快。因此，它的构造以锁的使用为中心，从而使所有进程不必等待分配内存。它可以显著地加快那些进行很多分配和回收的多线程进程的速度。在参考资料部分中，有一篇描述该实现的文章。众多可用的分配程序中最有名的就是上述这些分配程序。如果您的程序有特别的分配需求，那么您可能更愿意编写一个定制的能匹配您的程序内存分配方式的分配程序。不过，如果不熟悉分配程序的设计，那么定制分配程序通常会带来比它们解决的问题更多的问题。要获得关于该主题的适当的介绍，请参阅 Donald Knuth 撰写的 The Art of Computer Programming Volume 1: Fundamental Algorithms 中的第 2.5 节“Dynamic Storage Allocation”（请参阅参考资料中的链接）。它有点过时，因为它没有考虑虚拟内存环境，不过大部分算法都是基于前面给出的函数。在 C++ 中，通过重载 operator new()，您可以以每个类或者每个模板为单位实现自己的分配程序。在 Andrei Alexandrescu 撰写的 Modern C++ Design 的第 4 章（“Small Object Allocation”）中，描述了一个小对象分配程序（请参阅参考资料中的链接）。基于 malloc() 的内存管理的缺点不只是我们的内存管理器有缺点，基于 malloc() 的内存管理器仍然也有很多缺点，不管您使用的是哪个分配程序。对于那些需要保持长期存储的程序使用 malloc() 来管理内存可能会非常令人失望。如果您有大量的不固定的内存引用，经常难以知道它们何时被释放。生存期局限于当前函数的内存非常容易管理，但是对于生存期超出该范围的内存来说，管理内存则困难得多。而且，关于内存管理是由进行调用的程序还是由被调用的函数来负责这一问题，很多 API 都不是很明确。因为管理内存的问题，很多程序倾向于使用它们自己的内存管理规则。C++ 的异常处理使得这项任务更成问题。有时好像致力于管理内存分配和清理的代码比实际完成计算任务的代码还要多！因此，我们将研究内存管理的其他选择。回页首半自动内存管理策略引用计数引用计数是一种半自动（semi-automated）的内存管理技术，这表示它需要一些编程支持，但是它不需要您确切知道某一对象何时不再被使用。引用计数机制为您完成内存管理任务。在引用计数中，所有共享的数据结构都有一个域来包含当前活动“引用”结构的次数。当向一个程序传递一个指向某个数据结构指针时，该程序会将引用计数增加 1。实质上，您是在告诉数据结构，它正在被存储在多少个位置上。然后，当您的进程完成对它的使用后，该程序就会将引用计数减少 1。结束这个动作之后，它还会检查计数是否已经减到零。如果是，那么它将释放内存。这样做的好处是，您不必追踪程序中某个给定的数据结构可能会遵循的每一条路径。每次对其局部的引用，都将导致计数的适当增加或减少。这样可以防止在使用数据结构时释放该结构。不过，当您使用某个采用引用计数的数据结构时，您必须记得运行引用计数函数。另外，内置函数和第三方的库不会知道或者可以使用您的引用计数机制。引用计数也难以处理发生循环引用的数据结构。要实现引用计数，您只需要两个函数 —— 一个增加引用计数，一个减少引用计数并当计数减少到零时释放内存。一个示例引用计数函数集可能看起来如下所示：清单 9. 基本的引用计数函数 /* Structure Definitions*/ /* Base structure that holds a refcount */ struct refcountedstruct { int refcount; } /* All refcounted structures must mirror struct * refcountedstruct for their first variables */ /* Refcount maintenance functions */ /* Increase reference count */ void REF(void *data) { struct refcountedstruct *rstruct; rstruct = (struct refcountedstruct *) data; rstruct->refcount++; } /* Decrease reference count */ void UNREF(void *data) { struct refcountedstruct *rstruct; rstruct = (struct refcountedstruct *) data; rstruct->refcount--; /* Free the structure if there are no more users */ if(rstruct->refcount == 0) { free(rstruct); } } REF 和 UNREF 可能会更复杂，这取决于您想要做的事情。例如，您可能想要为多线程程序增加锁，那么您可能想扩展 refcountedstruct，使它同样包含一个指向某个在释放内存之前要调用的函数的指针（类似于面向对象语言中的析构函数 —— 如果您的结构中包含这些指针，那么这是必需的）。当使用 REF 和 UNREF 时，您需要遵守这些指针的分配规则： UNREF 分配前左端指针（left-hand-side pointer）指向的值。 REF 分配后左端指针（left-hand-side pointer）指向的值。在传递使用引用计数的结构的函数中，函数需要遵循以下这些规则：在函数的起始处 REF 每一个指针。在函数的结束处 UNREF 第一个指针。以下是一个使用引用计数的生动的代码示例：清单 10. 使用引用计数的示例 /* EXAMPLES OF USAGE */ /* Data type to be refcounted */ struct mydata { int refcount; /* same as refcountedstruct */ int datafield1; /* Fields specific to this struct */ int datafield2; /* other declarations would go here as appropriate */ }; /* Use the functions in code */ void dosomething(struct mydata *data) { REF(data); /* Process data */ /* when we are through */ UNREF(data); } struct mydata *globalvar1; /* Note that in this one, we don't decrease the * refcount since we are maintaining the reference * past the end of the function call through the * global variable */ void storesomething(struct mydata *data) { REF(data); /* passed as a parameter */ globalvar1 = data; REF(data); /* ref because of Assignment */ UNREF(data); /* Function finished */ } 由于引用计数是如此简单，大部分程序员都自已去实现它，而不是使用库。不过，它们依赖于 malloc 和 free 等低层的分配程序来实际地分配和释放它们的内存。在 Perl 等高级语言中，进行内存管理时使用引用计数非常广泛。在这些语言中，引用计数由语言自动地处理，所以您根本不必担心它，除非要编写扩展模块。由于所有内容都必须进行引用计数，所以这会对速度产生一些影响，但它极大地提高了编程的安全性和方便性。以下是引用计数的益处：实现简单。易于使用。由于引用是数据结构的一部分，所以它有一个好的缓存位置。不过，它也有其不足之处：要求您永远不要忘记调用引用计数函数。无法释放作为循环数据结构的一部分的结构。减缓几乎每一个指针的分配。尽管所使用的对象采用了引用计数，但是当使用异常处理（比如 try 或 setjmp()/ longjmp()）时，您必须采取其他方法。需要额外的内存来处理引用。引用计数占用了结构中的第一个位置，在大部分机器中最快可以访问到的就是这个位置。在多线程环境中更慢也更难以使用。 C++ 可以通过使用智能指针（smart pointers）来容忍程序员所犯的一些错误，智能指针可以为您处理引用计数等指针处理细节。不过，如果不得不使用任何先前的不能处理智能指针的代码（比如对 C 库的联接），实际上，使用它们的后果通实比不使用它们更为困难和复杂。因此，它通常只是有益于纯 C++ 项目。如果您想使用智能指针，那么您实在应该去阅读 Alexandrescu 撰写的 Modern C++ Design 一书中的“Smart Pointers”那一章。内存池内存池是另一种半自动内存管理方法。内存池帮助某些程序进行自动内存管理，这些程序会经历一些特定的阶段，而且每个阶段中都有分配给进程的特定阶段的内存。例如，很多网络服务器进程都会分配很多针对每个连接的内存 —— 内存的最大生存期限为当前连接的存在期。Apache 使用了池式内存（pooled memory），将其连接拆分为各个阶段，每个阶段都有自己的内存池。在结束每个阶段时，会一次释放所有内存。在池式内存管理中，每次内存分配都会指定内存池，从中分配内存。每个内存池都有不同的生存期限。在 Apache 中，有一个持续时间为服务器存在期的内存池，还有一个持续时间为连接的存在期的内存池，以及一个持续时间为请求的存在期的池，另外还有其他一些内存池。因此，如果我的一系列函数不会生成比连接持续时间更长的数据，那么我就可以完全从连接池中分配内存，并知道在连接结束时，这些内存会被自动释放。另外，有一些实现允许注册清除函数（cleanup functions），在清除内存池之前，恰好可以调用它，来完成在内存被清理前需要完成的其他所有任务（类似于面向对象中的析构函数）。要在自己的程序中使用池，您既可以使用 GNU libc 的 obstack 实现，也可以使用 Apache 的 Apache Portable Runtime。GNU obstack 的好处在于，基于 GNU 的 Linux 发行版本中默认会包括它们。Apache Portable Runtime 的好处在于它有很多其他工具，可以处理编写多平台服务器软件所有方面的事情。要深入了解 GNU obstack 和 Apache 的池式内存实现，请参阅参考资料部分中指向这些实现的文档的链接。下面的假想代码列表展示了如何使用 obstack：清单 11. obstack 的示例代码 #include #include /* Example code listing for using obstacks */ /* Used for obstack macros (xmalloc is a malloc function that exits if memory is exhausted */ #define obstack_chunk_alloc xmalloc #define obstack_chunk_free free /* Pools */ /* Only permanent allocations should go in this pool */ struct obstack *global_pool; /* This pool is for per-connection data */ struct obstack *connection_pool; /* This pool is for per-request data */ struct obstack *request_pool; void allocation_failed() { exit(1); } int main() { /* Initialize Pools */ global_pool = (struct obstack *) xmalloc (sizeof (struct obstack)); obstack_init(global_pool); connection_pool = (struct obstack *) xmalloc (sizeof (struct obstack)); obstack_init(connection_pool); request_pool = (struct obstack *) xmalloc (sizeof (struct obstack)); obstack_init(request_pool); /* Set the error handling function */ obstack_alloc_failed_handler = &allocation_failed; /* Server main loop */ while(1) { wait_for_connection(); /* We are in a connection */ while(more_requests_available()) { /* Handle request */ handle_request(); /* Free all of the memory allocated * in the request pool */ obstack_free(request_pool, NULL); } /* We're finished with the connection, time * to free that pool */ obstack_free(connection_pool, NULL); } } int handle_request() { /* Be sure that all object allocations are allocated * from the request pool */ int bytes_i_need = 400; void *data1 = obstack_alloc(request_pool, bytes_i_need); /* Do stuff to process the request */ /* return */ return 0; } 基本上，在操作的每一个主要阶段结束之后，这个阶段的 obstack 会被释放。不过，要注意的是，如果一个过程需要分配持续时间比当前阶段更长的内存，那么它也可以使用更长期限的 obstack，比如连接或者全局内存。传递给 obstack_free() 的 NULL 指出它应该释放 obstack 的全部内容。可以用其他的值，但是它们通常不怎么实用。使用池式内存分配的益处如下所示：应用程序可以简单地管理内存。内存分配和回收更快，因为每次都是在一个池中完成的。分配可以在 O(1) 时间内完成，释放内存池所需时间也差不多（实际上是 O(n) 时间，不过在大部分情况下会除以一个大的因数，使其变成 O(1)）。可以预先分配错误处理池（Error-handling pools），以便程序在常规内存被耗尽时仍可以恢复。有非常易于使用的标准实现。池式内存的缺点是：内存池只适用于操作可以分阶段的程序。内存池通常不能与第三方库很好地合作。如果程序的结构发生变化，则不得不修改内存池，这可能会导致内存管理系统的重新设计。您必须记住需要从哪个池进行分配。另外，如果在这里出错，就很难捕获该内存池。回页首垃圾收集垃圾收集（Garbage collection）是全自动地检测并移除不再使用的数据对象。垃圾收集器通常会在当可用内存减少到少于一个具体的阈值时运行。通常，它们以程序所知的可用的一组“基本”数据 —— 栈数据、全局变量、寄存器 —— 作为出发点。然后它们尝试去追踪通过这些数据连接到每一块数据。收集器找到的都是有用的数据；它没有找到的就是垃圾，可以被销毁并重新使用这些无用的数据。为了有效地管理内存，很多类型的垃圾收集器都需要知道数据结构内部指针的规划，所以，为了正确运行垃圾收集器，它们必须是语言本身的一部分。收集器的类型复制（copying）：这些收集器将内存存储器分为两部分，只允许数据驻留在其中一部分上。它们定时地从“基本”的元素开始将数据从一部分复制到另一部分。内存新近被占用的部分现在成为活动的，另一部分上的所有内容都认为是垃圾。另外，当进行这项复制操作时，所有指针都必须被更新为指向每个内存条目的新位置。因此，为使用这种垃圾收集方法，垃圾收集器必须与编程语言集成在一起。标记并清理（Mark and sweep）：每一块数据都被加上一个标签。不定期的，所有标签都被设置为 0，收集器从“基本”的元素开始遍历数据。当它遇到内存时，就将标签标记为 1。最后没有被标记为 1 的所有内容都认为是垃圾，以后分配内存时会重新使用它们。增量的（Incremental）：增量垃圾收集器不需要遍历全部数据对象。因为在收集期间的突然等待，也因为与访问所有当前数据相关的缓存问题（所有内容都不得不被页入（page-in）），遍历所有内存会引发问题。增量收集器避免了这些问题。保守的（Conservative）：保守的垃圾收集器在管理内存时不需要知道与数据结构相关的任何信息。它们只查看所有数据类型，并假定它们可以全部都是指针。所以，如果一个字节序列可以是一个指向一块被分配的内存的指针，那么收集器就将其标记为正在被引用。有时没有被引用的内存会被收集，这样会引发问题，例如，如果一个整数域中包含一个值，该值是已分配内存的地址。不过，这种情况极少发生，而且它只会浪费少量内存。保守的收集器的优势是，它们可以与任何编程语言相集成。 Hans Boehm 的保守垃圾收集器是可用的最流行的垃圾收集器之一，因为它是免费的，而且既是保守的又是增量的，可以使用 --enable-redirect-malloc 选项来构建它，并且可以将它用作系统分配程序的简易替代者（drop-in replacement）（用 malloc/ free 代替它自己的 API）。实际上，如果这样做，您就可以使用与我们在示例分配程序中所使用的相同的 LD_PRELOAD 技巧，在系统上的几乎任何程序中启用垃圾收集。如果您怀疑某个程序正在泄漏内存，那么您可以使用这个垃圾收集器来控制进程。在早期，当 Mozilla 严重地泄漏内存时，很多人在其中使用了这项技术。这种垃圾收集器既可以在 Windows® 下运行，也可以在 UNIX 下运行。垃圾收集的一些优点：您永远不必担心内存的双重释放或者对象的生命周期。使用某些收集器，您可以使用与常规分配相同的 API。其缺点包括：使用大部分收集器时，您都无法干涉何时释放内存。在多数情况下，垃圾收集比其他形式的内存管理更慢。垃圾收集错误引发的缺陷难于调试。如果您忘记将不再使用的指针设置为 null，那么仍然会有内存泄漏。回页首结束语一切都需要折衷：性能、易用、易于实现、支持线程的能力等，这里只列出了其中的一些。为了满足项目的要求，有很多内存管理模式可以供您使用。每种模式都有大量的实现，各有其优缺点。对很多项目来说，使用编程环境默认的技术就足够了，不过，当您的项目有特殊的需要时，了解可用的选择将会有帮助。下表对比了本文中涉及的内存管理策略。表 1. 内存分配策略的对比策略分配速度回收速度局部缓存易用性通用性实时可用 SMP 线程友好定制分配程序取决于实现取决于实现取决于实现很难无取决于实现取决于实现简单分配程序内存使用少时较快很快差容易高否否 GNU malloc 中快中容易高否中 Hoard 中中中容易高否是引用计数 N/A N/A 非常好中中是（取决于 malloc 实现）取决于实现池中非常快极好中中是（取决于 malloc 实现）取决于实现垃圾收集中（进行收集时慢）中差中中否几乎不增量垃圾收集中中中中中否几乎不增量保守垃圾收集中中中容易高否几乎不参考资料您可以参阅本文在 developerWorks 全球站点上的英文原文。 Web 上的文档 GNU C Library 手册的 obstacks 部分提供了 obstacks 编程接口。 Apache Portable Runtime 文档描述了它们的池式分配程序的接口。基本的分配程序 Doug Lea 的 Malloc 是最流行的内存分配程序之一。 BSD Malloc 用于大部分基于 BSD 的系统中。 ptmalloc 起源于 Doug Lea 的 malloc，用于 GLIBC 之中。 Hoard 是一个为多线程应用程序优化的 malloc 实现。 GNU Memory-Mapped Malloc（GDB 的组成部分）是一个基于 mmap() 的 malloc 实现。池式分配程序 GNU Obstacks（GNU Libc 的组成部分）是安装最多的池式分配程序，因为在每一个基于 glibc 的系统中都有它。 Apache 的池式分配程序（Apache Portable Runtime 中）是应用最为广泛的池式分配程序。 Squid 有其自己的池式分配程序。 NetBSD 也有其自己的池式分配程序。 talloc 是一个池式分配程序，是 Samba 的组成部分。智能指针和定制分配程序 Loki C++ Library 有很多为 C++ 实现的通用模式，包括智能指针和一个定制的小对象分配程序。垃圾收集器 Hahns Boehm Conservative Garbage Collector 是最流行的开源垃圾收集器，它可以用于常规的 C/C++ 程序。关于现代操作系统中的虚拟内存的文章 Marshall Kirk McKusick 和 Michael J. Karels 合著的 A New Virtual Memory Implementation for Berkeley UNIX 讨论了 BSD 的 VM 系统。 Mel Gorman's Linux VM Documentation 讨论了 Linux VM 系统。关于 malloc 的文章 Poul-Henning Kamp 撰写的 Malloc in Modern Virtual Memory Environments 讨论的是 malloc 以及它如何与 BSD 虚拟内存交互。 Berger、McKinley、Blumofe 和 Wilson 合著的 Hoard -- a Scalable Memory Allocator for Multithreaded Environments 讨论了 Hoard 分配程序的实现。 Marshall Kirk McKusick 和 Michael J. Karels 合著的 Design of a General Purpose Memory Allocator for the 4.3BSD UNIX Kernel 讨论了内核级的分配程序。 Doug Lea 撰写的 A Memory Allocator 给出了一个关于设计和实现分配程序的概述，其中包括设计选择与折衷。 Emery D. Berger 撰写的 Memory Management for High-Performance Applications 讨论的是定制内存管理以及它如何影响高性能应用程序。关于定制分配程序的文章 Doug Lea 撰写的 Some Storage Management Techniques for Container Classes 描述的是为 C++ 类编写定制分配程序。 Berger、Zorn 和 McKinley 合著的 Composing High-Performance Memory Allocators 讨论了如何编写定制分配程序来加快具体工作的速度。 Berger、Zorn 和 McKinley 合著的 Reconsidering Custom Memory Allocation 再次提及了定制分配的主题，看是否真正值得为其费心。关于垃圾收集的文章 Paul R. Wilson 撰写的 Uniprocessor Garbage Collection Techniques 给出了垃圾收集的一个基本概述。 Benjamin Zorn 撰写的 The Measured Cost of Garbage Collection 给出了关于垃圾收集和性能的硬数据（hard data）。 Hans-Juergen Boehm 撰写的 Memory Allocation Myths and Half-Truths 给出了关于垃圾收集的神话（myths）。 Hans-Juergen Boehm 撰写的 Space Efficient Conservative Garbage Collection 是一篇描述他的用于 C/C++ 的垃圾收集器的文章。 Web 上的通用参考资料内存管理参考中有很多关于内存管理参考资料和技术文章的链接。关于内存管理和内存层级的 OOPS Group Papers 是非常好的一组关于此主题的技术文章。 C++ 中的内存管理讨论的是为 C++ 编写定制的分配程序。 Programming Alternatives: Memory Management 讨论了程序员进行内存管理时的一些选择。垃圾收集 FAQ 讨论了关于垃圾收集您需要了解的所有内容。 Richard Jones 的 Garbage Collection Bibliography 有指向任何您想要的关于垃圾收集的文章的链接。书籍 Michael Daconta 撰写的 C++ Pointers and Dynamic Memory Management 介绍了关于内存管理的很多技术。 Frantisek Franek 撰写的 Memory as a Programming Concept in C and C++ 讨论了有效使用内存的技术与工具，并给出了在计算机编程中应当引起注意的内存相关错误的角色。 Richard Jones 和 Rafael Lins 合著的 Garbage Collection: Algorithms for Automatic Dynamic Memory Management 描述了当前使用的最常见的垃圾收集算法。在 Donald Knuth 撰写的 The Art of Computer Programming 第 1 卷 Fundamental Algorithms 的第 2.5 节“Dynamic Storage Allocation”中，描述了实现基本的分配程序的一些技术。在 Donald Knuth 撰写的 The Art of Computer Programming 第 1 卷 Fundamental Algorithms 的第 2.3.5 节“Lists and Garbage Collection”中，讨论了用于列表的垃圾收集算法。 Andrei Alexandrescu 撰写的 Modern C++ Design 第 4 章“Small Object Allocation”描述了一个比 C++ 标准分配程序效率高得多的一个高速小对象分配程序。 Andrei Alexandrescu 撰写的 Modern C++ Design 第 7 章“Smart Pointers”描述了在 C++ 中智能指针的实现。 Jonathan 撰写的 Programming from the Ground Up 第 8 章“Intermediate Memory Topics”中有本文使用的简单分配程序的一个汇编语言版本。来自 developerWorks 自我管理数据缓冲区内存（developerWorks，2004 年 1 月）略述了一个用于管理内存的自管理的抽象数据缓存器的伪 C （pseudo-C）实现。 A framework for the user defined malloc replacement feature （developerWorks，2002 年 2 月）展示了如何利用 AIX 中的一个工具，使用自己设计的内存子系统取代原有的内存子系统。掌握 Linux 调试技术（developerWorks，2002 年 8 月）描述了可以使用调试方法的 4 种不同情形：段错误、内存溢出、内存泄漏和挂起。在处理 Java 程序中的内存漏洞（developerWorks，2001 年 2 月）中，了解导致 Java 内存泄漏的原因，以及何时需要考虑它们。在 developerWorks Linux 专区中，可以找到更多为 Linux 开发人员准备的参考资料。从 developerWorks 的 Speed-start your Linux app 专区中，可以下载运行于 Linux 之上的 IBM 中间件产品的免费测试版本，其中包括 WebSphere® Studio Application Developer、WebSphere Application Server、DB2® Universal Database、Tivoli® Access Manager 和 Tivoli Directory Server，查找 how-to 文章和技术支持。通过参与 developerWorks blogs 加入到 developerWorks 社区。可以在 Developer Bookstore Linux 专栏中定购打折出售的 Linux 书籍。关于作者 Jonathan Bartlett 是 Programming from the Ground Up 一书的作者，这本书介绍的是 Linux 汇编语言编程。Jonathan Bartlett 是 New Media Worx 的总开发师，负责为客户开发 Web、视频、kiosk 和桌面应用程序。您可以通过 johnnyb@eskimo.com 与 Jonathan 联系。

1：外文原文 Struts——an open-source MVC implementation This article introduces Struts, a Model-View-Controller implementation that uses servlets and JavaServer Pages (JSP) technology. Struts can help you control change in your Web project and promote specialization. Even if you never implement a system with Struts, you may get some ideas for your future servlets and JSP page implementation. Introduction Kids in grade school put HTML pages on the Internet. However, there is a monumental difference between a grade school page and a professionally developed Web site. The page designer (or HTML developer) must understand colors, the customer, product flow, page layout, browser compatibility, image creation, JavaScript, and more. Putting a great looking site together takes a lot of work, and most Java developers are more interested in creating a great looking object interface than a user interface. JavaServer Pages (JSP) technology provides the glue between the page designer and the Java developer. If you have worked on a large-scale Web application, you understand the term change. Model-View-Controller (MVC) is a design pattern put together to help control change. MVC decouples interface from business logic and data. Struts is an MVC implementation that uses Servlets 2.2 and JSP 1.1 tags, from the J2EE specifications, as part of the implementation. You may never implement a system with Struts, but looking at Struts may give you some ideas on your future Servlets and JSP implementations. Model-View-Controller (MVC) JSP tags solved only part of our problem. We still have issues with validation, flow control, and updating the state of the application. This is where MVC comes to the rescue. MVC helps resolve some of the issues with the single module approach by dividing the problem into three categories: • Model The model contains the core of the application's functionality. The model encapsulates the state of the application. Sometimes the only functionality it contains is state. It knows nothing about the view or controller. • View The view provides the presentation of the model. It is the look of the application. The view can access the model getters, but it has no knowledge of the setters. In addition, it knows nothing about the controller. The view should be notified when changes to the model occur. • Controller The controller reacts to the user input. It creates and sets the model. MVC Model 2 The Web brought some unique challenges to software developers, most notably the stateless connection between the client and the server. This stateless behavior made it difficult for the model to notify the view of changes. On the Web, the browser has to re-query the server to discover modification to the state of the application. Another noticeable change is that the view uses different technology for implementation than the model or controller. Of course, we could use Java (or PERL, C/C++ or what ever) code to generate HTML. There are several disadvantages to that approach: • Java programmers should develop services, not HTML. • Changes to layout would require changes to code. • Customers of the service should be able to create pages to meet their specific needs. • The page designer isn't able to have direct involvement in page development. • HTML embedded into code is ugly. For the Web, the classical form of MVC needed to change. Figure 4 displays the Web adaptation of MVC, also commonly known as MVC Model 2 or MVC 2. The ActionServlet class Do you remember the days of function mappings? You would map some input event to a pointer to a function. If you where slick, you would place the configuration information into a file and load the file at run time. Function pointer arrays were the good old days of structured programming in C. Life is better now that we have Java technology, XML, J2EE, and all that. The Struts Controller is a servlet that maps events (an event generally being an HTTP post) to classes. And guess what -- the Controller uses a configuration file so you don_t have to hard-code the values. Life changes, but stays the same. ActionServlet is the Command part of the MVC implementation and is the core of the Framework. ActionServlet (Command) creates and uses Action, an ActionForm, and ActionForward. As mentioned earlier, the struts-config.xml file configures the Command. During the creation of the Web project, Action and ActionForm are extended to solve the specific problem space. The file struts-config.xml instructs ActionServlet on how to use the extended classes. There are several advantages to this approach: • The entire logical flow of the application is in a hierarchical text file. This makes it easier to view and understand, especially with large applications. • The page designer does not have to wade through Java code to understand the flow of the application. • The Java developer does not need to recompile code when making flow changes. Command functionality can be added by extending ActionServlet. The ActionForm class ActionForm maintains the session state for the Web application. ActionForm is an abstract class that is sub-classed for each input form model. When I say input form model, I am saying ActionForm represents a general concept of data that is set or updated by a HTML form. For instance, you may have a UserActionForm that is set by an HTML Form. The Struts framework will: • Check to see if a UserActionForm exists; if not, it will create an instance of the class. • Struts will set the state of the UserActionForm using corresponding fields from the HttpServletRequest. No more dreadful request.getParameter() calls. For instance, the Struts framework will take fname from request stream and call UserActionForm.setFname(). • The Struts framework updates the state of the UserActionForm before passing it to the business wrapper UserAction. • Before passing it to the Action class, Struts will also conduct form state validation by calling the validation() method on UserActionForm. Note: This is not always wise to do. There might be ways of using UserActionForm in other pages or business objects, where the validation might be different. Validation of the state might be better in the UserAction class. • The UserActionForm can be maintained at a session level. Notes: • The struts-config.xml file controls which HTML form request maps to which ActionForm. • Multiple requests can be mapped UserActionForm. • UserActionForm can be mapped over multiple pages for things such as wizards. The Action class The Action class is a wrapper around the business logic. The purpose of Action class is to translate the HttpServletRequest to the business logic. To use Action, subclass and overwrite the process() method. The ActionServlet (Command) passes the parameterized classes to ActionForm using the perform() method. Again, no more dreadful request.getParameter() calls. By the time the event gets here, the input form data (or HTML form data) has already been translated out of the request stream and into an ActionForm class. Struts, an MVC 2 implementation Struts is a set of cooperating classes, servlets, and JSP tags that make up a reusable MVC 2 design. This definition implies that Struts is a framework, rather than a library, but Struts also contains an extensive tag library and utility classes that work independently of the framework. Figure 5 displays an overview of Struts. Struts overview • Client browser An HTTP request from the client browser creates an event. The Web container will respond with an HTTP response. • Controller The Controller receives the request from the browser, and makes the decision where to send the request. With Struts, the Controller is a command design pattern implemented as a servlet. The struts-config.xml file configures the Controller. • Business logic The business logic updates the state of the model and helps control the flow of the application. With Struts this is done with an Action class as a thin wrapper to the actual business logic. • Model state The model represents the state of the application. The business objects update the application state. ActionForm bean represents the Model state at a session or request level, and not at a persistent level. The JSP file reads information from the ActionForm bean using JSP tags. • View The view is simply a JSP file. There is no flow logic, no business logic, and no model information -- just tags. Tags are one of the things that make Struts unique compared to other frameworks like Velocity. Note: "Think thin" when extending the Action class. The Action class should control the flow and not the logic of the application. By placing the business logic in a separate package or EJB, we allow flexibility and reuse. Another way of thinking about Action class is as the Adapter design pattern. The purpose of the Action is to "Convert the interface of a class into another interface the clients expect. Adapter lets classes work together that couldn_t otherwise because of incompatibility interface" (from Design Patterns - Elements of Reusable OO Software by Gof). The client in this instance is the ActionServlet that knows nothing about our specific business class interface. Therefore, Struts provides a business interface it does understand, Action. By extending the Action, we make our business interface compatible with Struts business interface. (An interesting observation is that Action is a class and not an interface. Action started as an interface and changed into a class over time. Nothing's perfect.) The Error classes The UML diagram also included ActionError and ActionErrors. ActionError encapsulates an individual error message. ActionErrors is a container of ActionError classes that the View can access using tags. ActionErrors is Struts way of keeping up with a list of errors. The ActionMapping class An incoming event is normally in the form of an HTTP request, which the servlet Container turns into an HttpServletRequest. The Controller looks at the incoming event and dispatches the request to an Action class. The struts-config.xml determines what Action class the Controller calls. The struts-config.xml configuration information is translated into a set of ActionMapping, which are put into container of ActionMappings. (If you have not noticed it, classes that end with s are containers) The ActionMapping contains the knowledge of how a specific event maps to specific Actions. The ActionServlet (Command) passes the ActionMapping to the Action class via the perform() method. This allows Action to access the information to control flow. ActionMappings ActionMappings is a collection of ActionMapping objects. Struts pros • Use of JSP tag mechanism The tag feature promotes reusable code and abstracts Java code from the JSP file. This feature allows nice integration into JSP-based development tools that allow authoring with tags. • Tag library Why re-invent the wheel, or a tag library? If you cannot find something you need in the library, contribute. In addition, Struts provides a starting point if you are learning JSP tag technology. • Open source You have all the advantages of open source, such as being able to see the code and having everyone else using the library reviewing the code. Many eyes make for great code review. • Sample MVC implementation Struts offers some insight if you want to create your own MVC implementation. • Manage the problem space Divide and conquer is a nice way of solving the problem and making the problem manageable. Of course, the sword cuts both ways. The problem is more complex and needs more management. Struts cons • Youth Struts development is still in preliminary form. They are working toward releasing a version 1.0, but as with any 1.0 version, it does not provide all the bells and whistles. • Change The framework is undergoing a rapid amount of change. A great deal of change has occurred between Struts 0.5 and 1.0. You may want to download the most current Struts nightly distributions, to avoid deprecated methods. In the last 6 months, I have seen the Struts library grow from 90K to over 270K. I had to modify my examples several times because of changes in Struts, and I am not going to guarantee my examples will work with the version of Struts you download. • Correct level of abstraction Does Struts provide the correct level of abstraction? What is the proper level of abstraction for the page designer? That is the $64K question. Should we allow a page designer access to Java code in page development? Some frameworks like Velocity say no, and provide yet another language to learn for Web development. There is some validity to limiting Java code access in UI development. Most importantly, give a page designer a little bit of Java, and he will use a lot of Java. I saw this happen all the time in Microsoft ASP development. In ASP development, you were supposed to create COM objects and then write a little ASP script to glue it all together. Instead, the ASP developers would go crazy with ASP script. I would hear "Why wait for a COM developer to create it when I can program it directly with VBScript?" Struts helps limit the amount of Java code required in a JSP file via tag libraries. One such library is the Logic Tag, which manages conditional generation of output, but this does not prevent the UI developer from going nuts with Java code. Whatever type of framework you decide to use, you should understand the environment in which you are deploying and maintaining the framework. Of course, this task is easier said than done. • Limited scope Struts is a Web-based MVC solution that is meant be implemented with HTML, JSP files, and servlets. • J2EE application support Struts requires a servlet container that supports JSP 1.1 and Servlet 2.2 specifications. This alone will not solve all your install issues, unless you are using Tomcat 3.2. I have had a great deal of problems installing the library with Netscape iPlanet 6.0, which is supposedly the first J2EE-compliant application server. I recommend visiting the Struts User Mailing List archive (see Resources) when you run into problems. • Complexity Separating the problem into parts introduces complexity. There is no question that some education will have to go on to understand Struts. With the constant changes occurring, this can be frustrating at times. Welcome to the Web. • Where is... I could point out other issues, for instance, where are the client side validations, adaptable workflow, and dynamic strategy pattern for the controller? However, at this point, it is too easy to be a critic, and some of the issues are insignificant, or are reasonable for a 1.0 release. The way the Struts team goes at it, Struts might have these features by the time you read this article, or soon after. Future of Struts Things change rapidly in this new age of software development. In less than 5 years, I have seen things go from cgi/perl, to ISAPI/NSAPI, to ASP with VB, and now Java and J2EE. Sun is working hard to adapt changes to the JSP/servlet architecture, just as they have in the past with the Java language and API. You can obtain drafts of the new JSP 1.2 and Servlet 2.3 specifications from the Sun Web site. Additionally, a standard tag library for JSP files is appearing. 2:外文资料翻译译文 Struts——MVC 的一种开放源码实现本文介绍 Struts，它是使用 servlet 和 JavaServer Pages 技术的一种 Model-View-Controller 实现。Struts 可帮助您控制 Web 项目中的变化并提高专业化水平。尽管您可能永远不会用 Struts 实现一个系统，但您可以将其中的一些思想用于您以后的 servlet 和 JSP 网页的实现中。简介小学生也可以在因特网上发布 HTML 网页。但是，小学生的网页和专业开发的网站有质的区别。网页设计人员（或者 HTML 开发人员）必须理解颜色、用户、生产流程、网页布局、浏览器兼容性、图像创建和 JavaScript 等等。设计漂亮的网站需要做大量的工作，大多数 Java 开发人员更注重创建优美的对象接口，而不是用户界面。JavaServer Pages (JSP) 技术为网页设计人员和 Java 开发人员提供了一种联系钮带。如果您开发过大型 Web 应用程序，您就理解变化这个词的含义。“模型-视图-控制器”(MVC) 就是用来帮助您控制变化的一种设计模式。MVC 减弱了业务逻辑接口和数据接口之间的耦合。Struts 是一种 MVC 实现，它将 Servlet 2.2 和 JSP 1.1 标记（属于 J2EE 规范）用作实现的一部分。尽管您可能永远不会用 Struts 实现一个系统，但了解一下 Struts 或许使您能将其中的一些思想用于您以后的 Servlet 的 JSP 实现中。模型-视图-控制器 (MVC) JSP 标记只解决了部分问题。我们还得处理验证、流程控制和更新应用程序的状态等问题。这正是 MVC 发挥作用的地方。MVC 通过将问题分为三个类别来帮助解决单一模块方法所遇到的某些问题： • Model（模型）模型包含应用程序的核心功能。模型封装了应用程序的状态。有时它包含的唯一功能就是状态。它对视图或控制器一无所知。 • View（视图）视图提供模型的表示。它是应用程序的外观。视图可以访问模型的读方法，但不能访问写方法。此外，它对控制器一无所知。当更改模型时，视图应得到通知。 • Controller（控制器）控制器对用户的输入作出反应。它创建并设置模型。 MVC Model 2 Web 向软件开发人员提出了一些特有的挑战，最明显的就是客户机和服务器的无状态连接。这种无状态行为使得模型很难将更改通知视图。在 Web 上，为了发现对应用程序状态的修改，浏览器必须重新查询服务器。另一个重大变化是实现视图所用的技术与实现模型或控制器的技术不同。当然，我们可以使用 Java（或者 PERL、C/C++ 或别的语言）代码生成 HTML。这种方法有几个缺点： • Java 程序员应该开发服务，而不是 HTML。 • 更改布局时需要更改代码。 • 服务的用户应该能够创建网页来满足它们的特定需要。 • 网页设计人员不能直接参与网页开发。 • 嵌在代码中的 HTML 很难看。对于 Web，需要修改标准的 MVC 形式。图 4 显示了 MVC 的 Web 改写版，通常也称为 MVC Model 2 或 MVC 2。 Struts，MVC 2 的一种实现 Struts 是一组相互协作的类、servlet 和 JSP 标记，它们组成一个可重用的 MVC 2 设计。这个定义表示 Struts 是一个框架，而不是一个库，但 Struts 也包含了丰富的标记库和独立于该框架工作的实用程序类。图 5 显示了 Struts 的一个概览。 Struts 概览 • Client browser（客户浏览器）来自客户浏览器的每个 HTTP 请求创建一个事件。Web 容器将用一个 HTTP 响应作出响应。 • Controller（控制器）控制器接收来自浏览器的请求，并决定将这个请求发往何处。就 Struts 而言，控制器是以 servlet 实现的一个命令设计模式。 struts-config.xml 文件配置控制器。 • 业务逻辑业务逻辑更新模型的状态，并帮助控制应用程序的流程。就 Struts 而言，这是通过作为实际业务逻辑“瘦”包装的 Action 类完成的。 • Model（模型）的状态模型表示应用程序的状态。业务对象更新应用程序的状态。ActionForm bean 在会话级或请求级表示模型的状态，而不是在持久级。JSP 文件使用 JSP 标记读取来自 ActionForm bean 的信息。 • View（视图）视图就是一个 JSP 文件。其中没有流程逻辑，没有业务逻辑，也没有模型信息 -- 只有标记。标记是使 Struts 有别于其他框架（如 Velocity）的因素之一。详细分析 Struts 图 6 显示的是 org.apache.struts.action 包的一个最简 UML 图。图 6 显示了 ActionServlet (Controller)、 ActionForm (Form State) 和 Action (Model Wrapper) 之间的最简关系。 ActionServlet 类您还记得函数映射的日子吗？在那时，您会将某些输入事件映射到一个函数指针上。如果您对此比较熟悉，您会将配置信息放入一个文件，并在运行时加载这个文件。函数指针数组曾经是用 C 语言进行结构化编程的很好方法。现在好多了，我们有了 Java 技术、XML、J2EE，等等。Struts 的控制器是将事件（事件通常是 HTTP post）映射到类的一个 servlet。正如您所料 -- 控制器使用配置文件以使您不必对这些值进行硬编码。时代变了，但方法依旧。 ActionServlet 是该 MVC 实现的 Command 部分，它是这一框架的核心。 ActionServlet (Command) 创建并使用 Action 、 ActionForm 和 ActionForward 。如前所述， struts-config.xml 文件配置该 Command。在创建 Web 项目时，您将扩展 Action 和 ActionForm 来解决特定的问题。文件 struts-config.xml 指示 ActionServlet 如何使用这些扩展的类。这种方法有几个优点： • 应用程序的整个逻辑流程都存储在一个分层的文本文件中。这使得人们更容易查看和理解它，尤其是对于大型应用程序而言。 • 网页设计人员不必费力地阅读 Java 代码来理解应用程序的流程。 • Java 开发人员也不必在更改流程以后重新编译代码。可以通过扩展 ActionServlet 来添加 Command 功能。 ActionForm 类 ActionForm 维护 Web 应用程序的会话状态。 ActionForm 是一个抽象类，必须为每个输入表单模型创建该类的子类。当我说输入表单模型时,是指 ActionForm 表示的是由 HTML 表单设置或更新的一般意义上的数据。例如，您可能有一个由 HTML 表单设置的 UserActionForm 。Struts 框架将执行以下操作： • 检查 UserActionForm 是否存在；如果不存在，它将创建该类的一个实例。 • Struts 将使用 HttpServletRequest 中相应的域设置 UserActionForm 的状态。没有太多讨厌的 request.getParameter() 调用。例如，Struts 框架将从请求流中提取 fname ，并调用 UserActionForm.setFname() 。 • Struts 框架在将 UserActionForm 传递给业务包装 UserAction 之前将更新它的状态。 • 在将它传递给 Action 类之前，Struts 还会对 UserActionForm 调用 validation() 方法进行表单状态验证。注：这并不总是明智之举。别的网页或业务可能使用 UserActionForm ，在这些地方，验证可能有所不同。在 UserAction 类中进行状态验证可能更好。 • 可在会话级维护 UserActionForm 。注： • struts-config.xml 文件控制 HTML 表单请求与 ActionForm 之间的映射关系。 • 可将多个请求映射到 UserActionForm 。 • UserActionForm 可跨多页进行映射，以执行诸如向导之类的操作。 Action 类 Action 类是业务逻辑的一个包装。 Action 类的用途是将 HttpServletRequest 转换为业务逻辑。要使用 Action ，请创建它的子类并覆盖 process() 方法。 ActionServlet (Command) 使用 perform() 方法将参数化的类传递给 ActionForm 。仍然没有太多讨厌的 request.getParameter() 调用。当事件进展到这一步时，输入表单数据（或 HTML 表单数据）已被从请求流中提取出来并转移到 ActionForm 类中。注：扩展 Action 类时请注意简洁。 Action 类应该控制应用程序的流程，而不应该控制应用程序的逻辑。通过将业务逻辑放在单独的包或 EJB 中，我们就可以提供更大的灵活性和可重用性。考虑 Action 类的另一种方式是 Adapter 设计模式。 Action 的用途是“将类的接口转换为客户机所需的另一个接口。Adapter 使类能够协同工作，如果没有 Adapter，则这些类会因为不兼容的接口而无法协同工作。”（摘自 Gof 所著的 Design Patterns - Elements of Reusable OO Software ）。本例中的客户机是 ActionServlet ，它对我们的具体业务类接口一无所知。因此，Struts 提供了它能够理解的一个业务接口，即 Action 。通过扩展 Action ，我们使得我们的业务接口与 Struts 业务接口保持兼容。（一个有趣的发现是， Action 是类而不是接口）。 Action 开始为一个接口，后来却变成了一个类。真是金无足赤。） ActionMapping 类输入事件通常是在 HTTP 请求表单中发生的，servlet 容器将 HTTP 请求转换为 HttpServletRequest 。控制器查看输入事件并将请求分派给某个 Action 类。 struts-config.xml 确定 Controller 调用哪个 Action 类。 struts-config.xml 配置信息被转换为一组 ActionMapping ，而后者又被放入 ActionMappings 容器中。（您可能尚未注意到这一点，以 s结尾的类就是容器） ActionMapping 包含有关特定事件如何映射到特定 Action 的信息。 ActionServlet (Command) 通过 perform() 方法将 ActionMapping 传递给 Action 类。这样就使 Action 可访问用于控制流程的信息。 ActionMappings ActionMappings 是 ActionMapping 对象的一个集合。 Struts 的优点 • JSP 标记机制的使用标记特性从 JSP 文件获得可重用代码和抽象 Java 代码。这个特性能很好地集成到基于 JSP 的开发工具中，这些工具允许用标记编写代码。 • 标记库为什么要另发明一种轮子，或标记库呢？如果您在库中找不到您所要的标记，那就自己定义吧。此外，如果您正在学习 JSP 标记技术，则 Struts 为您提供了一个起点。 • 开放源码您可以获得开放源码的全部优点，比如可以查看代码并让使用库的每个人检查代码。许多人都可以进行很好的代码检查。 • MVC 实现样例如果您希望创建您自己的 MVC 实现，则 Struts 可增加您的见识。 • 管理问题空间分治是解决问题并使问题可管理的极好方法。当然，这是一把双刃剑。问题越来越复杂，并且需要越来越多的管理。 Struts 的缺点 • 仍处于发展初期 Struts 开发仍处于初级阶段。他们正在向着发行版本 1.0 而努力，但与任何 1.0 版本一样，它不可能尽善尽美。 • 仍在变化中这个框架仍在快速变化。Struts 1.0 与 Struts 0.5 相比变化极大。为了避免使用不赞成使用的方法，您可能隔一天就需要下载最新的 Struts。在过去的 6 个月中，我目睹 Struts 库从 90K 增大到 270K 以上。由于 Struts 中的变化，我不得不数次修改我的示例，但我不保证我的示例能与您下载的 Struts 协同工作。 • 正确的抽象级别 Struts 是否提供了正确的抽象级别？对于网页设计人员而言，什么是正确的抽象级别呢？这是一个用 $64K 的文字才能解释清楚的问题。在开发网页的过程中，我们是否应该让网页设计人员访问 Java 代码？某些框架（如 Velocity）说不应该，但它提供了另一种 Web 开发语言让我们学习。在 UI 开发中限制访问 Java 有一定的合理性。最重要的是，如果让网页设计人员使用一点 Java，他将使用大量的 Java。在 Microsoft ASP 的开发中，我总是看到这样的情况。在 ASP 开发中，您应该创建 COM 对象，然后编写少量的 ASP 脚本将这些 COM 对象联系起来。但是，ASP 开发人员会疯狂地使用 ASP 脚本。我会听到这样的话，“既然我可以用 VBScript 直接编写 COM 对象，为什么还要等 COM 开发人员来创建它呢？”通过使用标记库，Struts 有助于限制 JSP 文件中所需的 Java 代码的数量。Logic Tag 就是这样的一种库，它对有条件地生成输出进行管理，但这并不能阻止 UI 开发人员对 Java 代码的狂热。无论您决定使用哪种类型的框架，您都应该了解您要在其中部署和维护该框架的环境。当然，这项任务真是说起来容易做起来难。 • 有限的适用范围 Struts 是一种基于 Web 的 MVC 解决方案，所以必须用 HTML、JSP 文件和 servlet 来实现它。 • J2EE 应用程序支持 Struts 需要支持 JSP 1.1 和 Servlet 2.2 规范的 servlet 容器。仅凭这一点远不能解决您的全部安装问题，除非使用 Tomcat 3.2。我用 Netscape iPlanet 6.0 安装这个库时遇到一大堆问题，按理说它是第一种符合 J2EE 的应用程序服务器。我建议您在遇到问题时访问 Struts 用户邮件列表的归档资料。 • 复杂性在将问题分为几个部分的同时也引入了复杂性。毫无疑问，要理解 Struts 必须接受一定的培训。随着变化的不断加入，这有时会令人很沮丧。欢迎访问本网站。 Struts 的前景在这个软件开发的新时代，一切都变得很快。在不到 5 年的时间内，我已经目睹了从 cgi/perl 到 ISAPI/NSAPI、再到使用 VB 的 ASP、一直到现在的 Java 和 J2EE 的变迁。Sun 正在尽力将新的变化反映到 JSP/servlet 体系结构中，正如他们对 Java 语言和 API 所作的更改一样。您可以从 Sun 的网站获得新的 JSP 1.2 和 Servlet 2.3 规范的草案。此外，一个标准 JSP 标记库即将出现。 3：外文出处 [1]Malcolm Davis. Struts——an open-source MVC implementation [2]IBM System Journal,2006

我分享我的故事，我的经验，从我入行，到程序员，到高级程序员，经历迷茫期，纠结期，转型期，到项目经理，到项目总监的十年经历。我以第一人称，讲述我的故事。向你呈现完整的真实的职场路，为你指点迷津。

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