[论文解读] Channels as Objects in Concurrent Object-Oriented Programming

Joana Campos, Vasco T. Vasconcelos|Oct 19, 2011

Logic, programming, and type systems参考文献 23被引用 5

一句话总结

该论文提出 Mool，一种基于类的并发面向对象语言，通过使用类型强制执行使用协议，将方法调用作为唯一的通信原语。它将线性对象和共享对象统一为单一类别，允许线性对象演变为共享对象，并使用带有 'lin' 和 'un' 限定符的类型系统，静态验证方法调用序列和别名约束，确保线程安全和协议遵从。

ABSTRACT

There is often a sort of a protocol associated to each class, stating when and how certain methods should be called. Given that this protocol is, if at all, described in the documentation accompanying the class, current mainstream object-oriented languages cannot provide for the verification of client code adherence against the sought class behaviour. We have defined a class-based concurrent object-oriented language that formalises such protocols in the form of usage types. Usage types are attached to class definitions, allowing for the specification of (1) the available methods, (2) the tests clients must perform on the result of methods, and (3) the object status - linear or shared - all of which depend on the object's state. Our work extends the recent approach on modular session types by eliminating channel operations, and defining the method call as the single communication primitive in both sequential and concurrent settings. In contrast to previous works, we define a single category for objects, instead of distinct categories for linear and for shared objects, and let linear objects evolve into shared ones. We introduce a standard sync qualifier to prevent thread interference in certain operations on shared objects. We formalise the language syntax, the operational semantics, and a type system that enforces by static typing that methods are called only when available, and by a single client if so specified in the usage type. We illustrate the language via a complete example.

研究动机与目标

• 为解决主流面向对象编程语言中对象使用协议缺乏静态验证的问题，这些约束仅以非正式方式记录。
• 通过将方法调用作为顺序和并发环境中唯一的通信机制，消除对通道原语的依赖。
• 在单一类型系统下统一线性和共享对象类别，允许线性对象演变为共享对象，同时强制控制别名。
• 通过标准的'sync'限定符防止共享对象中的线程干扰，类似于 Java 的synchronized方法。
• 通过附加到类上的使用类型，实现使用协议的模块化规范，支持动态方法集变化和非均匀对象。

提出的方法

• Mool 语言的设计基于类似 Java 的基于类的面向对象语法和语义，支持线程创建和方法调用。
• 使用类型附加到类上，以指定可用方法、所需结果测试以及对象状态（线性或共享），所有这些均依赖于对象状态。
• 类型系统强制确保仅在可用时才调用方法，并且客户端尊重线性对象约束，使用 'lin' 和 'un' 限定符控制别名。
• 使用单一对象类别，其中线性对象可转换为共享状态，但反之不可行，避免跟踪引用计数。
• 在共享对象的方法上应用'sync'限定符，以序列化访问并防止线程干扰，确保线程安全。
• 该方法通过将通道操作替换为方法调用，扩展了模块化会话类型，使顺序和并发代码具有统一的通信模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在并发面向对象语言中正式指定并静态强制执行对象使用协议？
• RQ2 如何设计统一的类型系统，以同时建模线性和共享对象，同时支持依赖于状态的方法可用性？
• RQ3 消除通道原语并仅使用方法调用作为唯一通信原语，对类型安全性和模块化的影响是什么？
• RQ4 如何管理别名约束，以防止运行时错误，同时允许线性对象安全地演变为共享对象？
• RQ5 如何在不依赖基于通道的会话类型的情况下，防止共享对象上的线程干扰？

主要发现

• 所提出的类型系统可静态验证方法调用遵循指定协议，防止因错误的方法调用序列导致的运行时错误。
• 该语言支持线性对象向共享对象的演化，实现在统一类型系统内灵活的对象生命周期管理。
• 通过仅使用方法调用作为通信原语，该语言在顺序和并发编程中实现了统一的模型。
• 'sync' 限定符有效防止了共享对象上的线程干扰，确保线程安全，类似于 Java 的 synchronized 方法。
• 该方法通过使用类型实现使用协议的模块化规范，提高了代码的可维护性和正确性。
• 系统不支持已检查异常或错误恢复机制，但此类功能可通过现有的类型状态或默认状态扩展添加。