巧解表达式展开问题

这是一个业务上遇到的真实场景。
我们定义了一个配置文件格式,给机器资源分类。
写出来大概是这个样子

GroupA: MachineA, MachineB, MachineC
GroupB: MachineD, MachineE
GroupC: MachineA, MachineC
GroupD: GroupB & GroupC
......

总结一下, 有如下几个规则:

  • Group的名字和Machine的名字都由用户自己指定
  • Group的描述可以是一组机器(见上图GroupA, GroupB, GroupC), 也可以是其它Group的运算表达式(见上图GroupD)
  • 表达式支持'&', '|', '-' 三种运算符, 分别代表集合运算中的交集,并集,差集
  • 表达式不能包含括号, 计算的时候按照从左到右的顺序

问题来了, 当我们拿到这么一份配置文件的时候,需要知道每个Group包含多少机器,请问如何编码实现?

这个问题乍一看很简单,如果Group的描述本身已经是机器组,直接计算Machine的数量即可。 如果Group的描述是表达式, 则把表达式中出现的Group用机器组替换一下,再求数量也行啊。 难点在哪呢?
关键就在替换这里, 我们看下面一个场景

GroupA: GroupB & GroupC
GroupB: GroupD | GroupE
GroupC: MachineA, MachineB
GroupD: GroupA & GroupE
GroupE: MachineC, MachineD

读者朋友可以自己试一试用代换法求解GroupA, 然后很快就会发现"臣妾做不到啊",原来, A引用了B,B引用了D, D又引用了A, 形成了死循环。 也就是说这个配置文件本身就是错误的, 但是如果我们的代码不能检测到这种错误,就会导致因为用户的错误配置造成系统死循环, 多么可怕啊。
怎么检测死循环呢, 其实也不难, 仔细想一想,这其实就是一个有向图环检测问题(如果不理解,可以参考笔者的另一篇文章--业务模型抽象成有向图环检测算法,模型和这个很像)。
这样做是解决问题了,但是算法写起来好复杂,有没有简单点的方法呢?

其实笔者当初实现的时候也是按照上述的方法解决的,但有一天整理这段代码时发现了,根本不用这么复杂好嘛!转换一下思路, 调整一下展开表达式的顺序就解决了, 解法如下:

  1. 遍历所有的Group, 把所有只需要一层展开的表达式 转化成 Machine List(一层展开指的是表达式中引用的Group均为确定的Machine List)
  2. 重复步骤1,如果在整个遍历过程中,没有新的表达式被展开, 说明遇到了死循环,流程终止。 如果所有的表达式都被展开, 说明问题解决。

是不是变简单了,这种做法连死循环都不需要检测了。其实,事后想一想,这算法并没有什么难度(甚至小学生都会,因为这就是数学中的多元一次方程啊),只是在一种思维遇到困难的时候,我们往往可以跳出思维定式,找到简洁之道。

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