Событийно-ориентированное программирование

Событи́йно-ориенти́рованное программи́рование (англ. event-driven programming; в дальнейшем СОП) — парадигма программирования, в которой выполнение программы определяется событиями — действиями пользователя (клавиатура, мышь, сенсорный экран), сообщениями других программ и потоков, событиями операционной системы (например, поступлением сетевого пакета).

СОП можно также определить как способ построения компьютерной программы, при котором в коде (как правило, в головной функции программы) явным образом выделяется главный цикл приложения, тело которого состоит из двух частей: выборки события и обработки события.

Как правило, в реальных задачах оказывается недопустимым длительное выполнение обработчика события, поскольку при этом программа не может реагировать на другие события. В связи с этим при написании событийно-ориентированных программ часто применяют автоматное программирование.

Сфера применения

Событийно-ориентированное программирование, как правило, применяется в трёх случаях:

1. при построении пользовательских интерфейсов (в том числе графических);
2. при создании серверных приложений в случае, если по тем или иным причинам нежелательно порождение обслуживающих процессов;
3. при программировании игр, в которых осуществляется управление множеством объектов.

Применение в серверных приложениях

Событийно-ориентированное программирование применяется в серверных приложениях для решения проблемы масштабирования на 10000 одновременных соединений и более.

В серверах, построенных по модели «один поток на соединение», проблемы с масштабируемостью возникают по следующим причинам:

• слишком велики накладные расходы на структуры данных операционной системы, необходимые для описания одной задачи (сегмент состояния задачи, стек);
• слишком велики накладные расходы на переключение контекстов.

Философской предпосылкой для отказа от потоковой модели серверов может служить высказывание Алана Кокса: «Компьютер — это конечный автомат. Потоковое программирование нужно тем, кто не умеет программировать конечные автоматы».

Серверное приложение при событийно-ориентированном программировании реализуется на системном вызове, получающем события одновременно от многих дескрипторов (мультиплексирование). При обработке событий используются исключительно неблокирующие операции ввода-вывода, чтобы ни один дескриптор не препятствовал обработке событий от других дескрипторов.

Мультиплексирование

Для мультиплексирования соединений могут быть использованы следующие средства операционной системы:

• select (большинство UNIX систем). Плохо масштабируется, из-за того, что список дескрипторов представлен в виде битовой карты;
• poll и epoll (Linux);
• kqueue (FreeBSD);
• /dev/poll (Solaris);
• IO completion port (Windows);
• POSIX AIO на текущий момент только для операций дискового ввода-вывода;
• io submit и eventfd для операций дискового ввода-вывода.

Примеры реализаций

• Веб-серверы:
  • Node.js
  • nginx
  • lighttpd
  • Tornado
• Прокси-серверы:
  • Squid

Применение в настольных приложениях

В современных языках программирования события и обработчики событий являются центральным звеном реализации графического интерфейса пользователя. Рассмотрим, к примеру, взаимодействие программы с событиями от мыши. Нажатие правой клавиши мыши вызывает системное прерывание, запускающее определённую процедуру внутри операционной системы. В этой процедуре происходит поиск окна, находящегося под курсором мыши. Если окно найдено, то данное событие посылается в очередь обработки сообщений этого окна. Далее, в зависимости от типа окна, могут генерироваться дополнительные события. Например, если окно является кнопкой (в Windows все графические элементы являются окнами), то дополнительно генерируется событие нажатия на кнопку. Отличие последнего события в том, что оно более абстрактно, а именно, не содержит координат курсора, а говорит просто о том, что было произведено нажатие на данную кнопку.

Обработчик события может выглядеть следующим образом (на примере C#):

    private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
    {
        MessageBox.Show("Была нажата кнопка");
    }

Здесь обработчик события представляет собой процедуру, в которую передается параметр sender, как правило содержащий указатель на источник события. Это позволяет использовать одну и ту же процедуру для обработки событий от нескольких кнопок, различая их по этому параметру.

Языки программирования

В языке C# события реализованы как элемент языка и являются членами классов. Механизм событий здесь реализует шаблон проектирования Publisher/Subscriber. Пример объявления события:

    public class MyClass
    {
        public event EventHandler MyEvent;
    }

Здесь EventHandler — делегат, определяющий тип процедуры обработчика событий. Подписка на событие производится следующим образом:

    myClass.MyEvent += new EventHandler(Handler);

Здесь myClass — экземпляр класса MyClass, Handler — процедура-обработчик. Событие может иметь неограниченное количество обработчиков. При добавлении обработчика события он добавляется в специальный стек, а при возникновении события вызываются все обработчики по их порядку в стеке. Отписка от события, то есть удаление обработчика производится аналогично, но с использованием оператора «-=».

Разные языки программирования поддерживают СОП в разной степени. Наиболее полной поддержкой событий обладают следующие языки (неполный список):

• Perl (события и демоны DAEMON, и их приоритеты PRIO),
• Delphi (язык программирования),
• ActionScript 3.0,
• C# (события event),
• JavaScript (действия пользователя).

Остальные языки, в большей их части, поддерживают события как обработку исключительных ситуаций.

Инструменты и библиотеки

• Node.js, событийно-ориентированный I/O фреймворк на JavaScript движке V8
• Cocoa & Objective-C, рефлексивный объектно-ориентированный язык программирования, добавляющий сообщения в стиле Smalltalk в язык Си.
• GLib
• Gui4Cli, событийно-ориентированный язык программирования для Windows
• libsigc++
• libevent
• POCO
• libasync, часть библиотек sfs и sfslite, эффективная событийная библиотека для C++
• Perl Object Environment
• AnyEvent, EV — модули на Perl для событийно-ориентированного программироания
• PRADO, компонентный событийно-ориентированный инструмент для Web-программирования на PHP 5
• Tcl
• Twisted, Python
• Qt, кроссплатформенная библиотека виджетов для C++, основанная на модели управления событиями. Существует сокращённая версия, называемая Qt/Console, из которой исключён код поддержки виджетов, и представляющий собой управляемый событиями фреймворк, в который также включены некоторые дополнительные средства, вроде кроссплатформенной работы с сетью, многопоточности и работы с XML.
• QP — семейство открытых событийно-ориентированных окружений для встроенных систем реального времени
• Simple Unix Events a.k.a. SUE, простая объектно-ориентированная библиотека для построения событийно-ориентированных программ под Unix на языке C++.

См. также

• Автоматное программирование
• Callback (программирование)

Англоязычные источники

• описание из Portland Pattern Repository
• Event-Driven Programming: Introduction, Tutorial, History — учебное пособие Стефана Ферга (Stephen Ferg)
• Event Driven Programming учебное пособие Алана Голда (Alan Gauld)
• Martin Fowler. Event Collaboration
• Ben Watson. Transitioning from Structured to Event-Driven Programming
• Jonathan Simon. Rethinking Swing Threading
• Chris McDonald. The event driven programming style
• Christopher Diggins. Event Driven Programming using Template Specialization
• Stefan Schiffer and Joachim Hans Fröhlich. Concepts and Architecture of Vista — a Multiparadigm Programming Environment
• Event-Driven Programming and Agents
• LabWindows/CVI Resources
• Comment by Tim Boudreau
• Complex Event Processing and Service Oriented Architecture
• Event-driven programming and SOA: Jack van Hoof. How EDA extends SOA and why it is important;;
• Пример с открытым кодом: Distributed Publish/Subscribe Event System
• Событийно-ориентированное программирование на языке Java: Rex Youung. Jsasb (недоступная ссылка)

Материалы на русском

• Н. Н. Непейвода. 13. Лекция: Событийное программирование // Стили и методы программирования. курс лекций. учебное пособие. — М.: Интернет-университет информационных технологий, 2005. — С. 213—222. — 316 с. — ISBN 5-9556-0023-X.
• С.В. Зыков. Лекции №15 и №16 // Введение в теорию программирования. Объектно-ориентированный подход. — Интернет-университет информационных технологий.
• О. В. Ануфриев. О методике обучения основам событийного программирования]  (рус.). Новосибирский государственный педагогический университет. Дата обращения: 29 октября 2010. Архивировано из оригинала 4 марта 2016 года.
• А. П. Полищук, С. А. Семериков. Программирование в X Window средствами Free Pascal