所謂狀態(tài)，就是在某個時間點上一個標識所代表的值。

Clojure 的引用模型把標識和值清晰地區(qū)分開來。在 Clojure 中，幾乎所有的東西都是值。為了加以標識，Clojure提供了四種引用類型。

• 引用（Ref），負責(zé)協(xié)同地、同步地更改共享狀態(tài)。
• 原子（Atom），負責(zé)非協(xié)同地、同步地更改共享狀態(tài)。
• 代理（Agent），負責(zé)異步地更改共享狀態(tài)。
• 變量（Var），負責(zé)線程內(nèi)的狀態(tài)。

應(yīng)用與軟事務(wù)內(nèi)存

Clojure 中的大多數(shù)對象都是不可變的。當你真的想要可變數(shù)據(jù)時，你必須明確地表示出來。比如說，你可以像下面這樣創(chuàng)建一個可變的引用（ref），讓它指向不可變對象。

(ref initial-state)

寫個例子：

user=> (def s (ref "hahaha"))
#'user/s

引用包裝并保護了對其內(nèi)部狀態(tài)的訪問。要讀取引用的內(nèi)容，你可以調(diào)用deref。

(deref reference)

deref函數(shù)可以縮寫為讀取器宏@。

user=> (deref s)
"hahaha"
user=> @s
"hahaha"

ref-set

你可以使用ref-set來改變一個引用所指向的位置。

(ref-set reference new-value)

因為引用是可變的，你必須在更新它們時施以保護。在Clojure中，你可以使用事務(wù)。事務(wù)被包裹在dosync之中。

(dosync& exprs)

修改前面的引用。

user=> (dosync (ref-set s "heihei"))
"heihei"

事務(wù)的屬性

和數(shù)據(jù)庫事務(wù)一樣，STM事務(wù)也具有一些重要的性質(zhì)。

• 更新是原子的（atomic）。如果你在一個事務(wù)中更新了多個引用，所有這些更新的累積效果，在事務(wù)外部看來，就好像是在一個瞬間發(fā)生的。
• 更新是一致的（consistent）。可以為引用指定驗證函數(shù)。如果這些函數(shù)中的任何一個失敗了，整個事務(wù)都將失敗。
• 更新是隔離的（isolated）。運行中的事務(wù)，無法看到來自于其他事務(wù)的局部完成結(jié)果。

alter

Clojure的alter能在事務(wù)中對引用對象應(yīng)用一個更新函數(shù)。

(alter ref update-fn & args...)

alter會返回這個引用在事務(wù)中的新值。當事務(wù)成功完成后，引用將獲得它在事務(wù)中的最后一個值。用alter來替代ref-set能使代碼更具可讀性。

看個簡單的例子。

(def messages (ref ()))

(defn add-message [msg]
  (dosync (alter messages conj msg)))

(add-message "abc")
(add-message "123")

(println @messages)

輸出如下：

(123 abc)

注意這里的更新函數(shù)用了conj，alter函數(shù)調(diào)用它的update-fn時，把當前引用的值作為其第一個參數(shù)，這正是conj所期望的。

STM工作原理：MVCC

Clojure 的 STM 采用了一種名為多版本并發(fā)控制（Multiversion Concurrency Control，MVCC）的技術(shù)，這種技術(shù)也被用在了幾個主要的數(shù)據(jù)庫中。

下面說明了在Clojure中，MVCC是如何運作的。

事務(wù) A 啟動時會獲取一個“起始點”，這個起始點就是一個簡單的數(shù)字，被當作STM世界中的唯一時間戳。在事務(wù)A中訪問任何一個引用，實際上訪問的是這個引用與起始點相關(guān)的一份高效副本。Clojure 的持久性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使得提供這些高效的私有副本相當廉價。

在事務(wù)A中，對引用進行操作時依賴（以及返回）的這個私有副本的值，被稱為事務(wù)內(nèi)的值。在任意時間點，如果STM檢測到其他事務(wù)設(shè)置或更改了某個引用，而事務(wù)A正好也想要設(shè)置或更改，那么事務(wù)A將被迫重來。如果你在dosync塊中拋出了一個異常，那么事務(wù)A會終止，而非重試。

事務(wù)A一旦提交，它一直以來那些私有的寫操作就會暴露給外部世界，而且是在這個事務(wù)時間軸的一個點上瞬間發(fā)生的。

commute

commute是一種特殊的alter變體，允許更多并發(fā)。

(commute ref update-fn & args...)

當然，這需要進行權(quán)衡。之所以名為 commute ，是因為它們必須是可交換的commutative）。也就是說，更新操作必須能以任何的次序出現(xiàn)。這就賦予了 STM 系統(tǒng)對commute重新排序的自由。

使用原子進行非協(xié)同、同步的更新

相比引用，原子是一種更加輕量級的機制。在事務(wù)中對多個引用進行更新會被協(xié)同，而原子則允許更新單個的值，不與其他的任何事物協(xié)同。

你可以使用atom來創(chuàng)建原子，它的函數(shù)簽名與ref非常類似。

(atom initial-state options?)
; options包括:
; :validator一個驗證函數(shù)
; :meta一個元數(shù)據(jù)映射表

創(chuàng)建一個原子。

user=> (def s (atom "haha"))
#'user/s

對原子解引用就可以得到它的值，這和引用是一樣的。

user=> @s
"haha"

原子并不參與事務(wù)，因而不需要dosync。要為一個原子設(shè)置值，簡單的調(diào)用reset!即可。

(reset! an-atom newval)

修改上面的原子。

user=> (reset! s "ddd")
"ddd"

使用代理進行異步更新

有的應(yīng)用程序會有這樣一些任務(wù)，任務(wù)之間只需要很少地協(xié)同就能彼此獨立進行。Clojure提供了代理來支持這種風(fēng)格的任務(wù)。

代理和引用有很多共同點。和引用一樣，你可以通過包裝初始狀態(tài)來創(chuàng)建代理。

(agent initial-state)

下面創(chuàng)建了一個計數(shù)器的代理，并把初始計數(shù)值設(shè)置為0。

user=> (def counter (agent 0))
#'user/counter

一旦得到了一個代理，你就可以向它send一個函數(shù)，來更新其狀態(tài)。send把函數(shù)update-fn放進線程池里的某個線程中開始排隊，等待隨后執(zhí)行。

(send agent update-fn & args)

向代理進行發(fā)送，和對引用進行交換非常相像。下面告訴計數(shù)器counter，準備好要自增（inc）了。

user=> (send counter inc)
#object[clojure.lang.Agent 0x4a11eb84 {:status :ready, :val 1}]

調(diào)用send不會返回代理的新值，而是返回了代理本身。

就像引用一樣，你可以用deref或是@來檢查代理當前的值。

user=> @counter
1

如果你希望確保代理已經(jīng)完成了你發(fā)送給他的動作，你可以調(diào)用await或者await-for。

(await & agents)
(await-for timeout-millis & agents)

這兩個函數(shù)會導(dǎo)致當前線程阻塞，直到所有發(fā)自當前線程或代理的動作全部完成。如果超過了超時時間，await-for會返回空，否則會返回一個非空值。await沒有超時時間，所以一定要小心：await愿意永遠等下去。

統(tǒng)一的更新模型

引用、原子和代理都提供了基于它們當前的狀態(tài)，通過應(yīng)用其他函數(shù)來更新這些狀態(tài)的函數(shù)。

用變量管理線程內(nèi)狀態(tài)

大多數(shù)變量都甘愿保持它們的根綁定永不改變。然而，你可以借助binding宏，為一個變量創(chuàng)建線程內(nèi)的綁定。

(binding [bindings] & body)

綁定具有動態(tài)范圍。換句話說，在binding創(chuàng)建的這個范圍內(nèi)，線程執(zhí)行過程中需要經(jīng)過的任何地方，綁定都是可見的，直到該線程離開了該范圍。同時對于其他線程而言，綁定也是不可見的。

首先需要聲明一個動態(tài)變量。

user=> (def ^:dynamic foo 10)
#'user/foo

在結(jié)構(gòu)上，binding與let看起來非常相像。下面為foo創(chuàng)建一個線程內(nèi)綁定，并檢查它的值。

user=> (binding [foo 2] foo)
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