JBoss Rules 学习（二）: RETE算法

在JBoss Rules 学习（一）:什么是Rule 中， 我们介绍了JBoss Rules中对Rule的表示，其中提到了JBoss Rule中主要采用的RETE算法来进行规则匹配。下面将详细的介绍一下RETE算法在JBoss Rule中的实现，最后随便提一下JBoss Rules中也可以使用的另一种规则匹配算法Leaps。

1.Rete 算法 ：

Rete 在拉丁语中是 ”net” ，有网络的意思。 RETE 算法可以分为两部分：规则编译（ rule compilation ）和运行时执行（ runtime execution ）。

编译算法描述了规则如何在 Production Memory 中产生一个有效的辨别网络。用一个非技术性的词来说，一个辨别网络就是用来过滤数据。方法是通过数据在网络中的传播来过滤数据。在顶端节点将会有很多匹配的数据。当我们顺着网络向下走，匹配的数据将会越来越少。在网络的最底部是终端节点（ terminal nodes ）。在 Dr Forgy 的 1982 年的论文中，他描述了 4 种基本节点： root , 1-input, 2-input and terminal 。下图是 Drools 中的 RETE 节点类型：

 

Figure 1. Rete Nodes

根节点（ RootNode ）是所有的对象进入网络的入口。然后，从根节点立即进入到 ObjectTypeNode 。 ObjectTypeNode 的作用是使引擎只做它需要做的事情。例如，我们有两个对象集： Account 和 Order 。如果规则引擎需要对每个对象都进行一个周期的评估，那会浪费很多的时间。为了提高效率，引擎将只让匹配 object type 的对象通过到达节点。通过这种方法，如果一个应用 assert 一个新的 account ，它不会将 Order 对象传递到节点中。很多现代 RETE 实现都有专门的 ObjectTypeNode 。在一些情况下， ObjectTypeNode 被用散列法进一步优化。

Figure 2 . ObjectTypeNodes

ObjectTypeNode 能够传播到 AlphaNodes, LeftInputAdapterNodes 和 BetaNodes 。

1-input 节点通常被称为 AlphaNode 。 AlphaNodes 被用来评估字面条件（ literal conditions ）。虽然， 1982 年的论文只提到了相等条件（指的字面上相等），很多 RETE 实现支持其他的操作。例如， Account.name = = “Mr Trout” 是一个字面条件。当一条规则对于一种 object type 有多条的字面条件，这些字面条件将被链接在一起。这是说，如果一个应用 assert 一个 account 对象，在它能到达下一个 AlphaNode 之前，它必须先满足第一个字面条件。在 Dr. Forgy 的论文中，他用 IntraElement conditions 来表述。下面的图说明了 Cheese 的 AlphaNode 组合（ name = = “cheddar” ， strength = = “strong” ）：

Figure 3. AlphaNodes

 

Drools 通过散列法优化了从 ObjectTypeNode 到 AlphaNode 的传播。每次一个 AlphaNode 被加到一个 ObjectTypeNode 的时候，就以字面值（ literal value ）作为 key ，以 AlphaNode 作为 value 加入 HashMap 。当一个新的实例进入 ObjectTypeNode 的时候，不用传递到每一个 AlphaNode ，它可以直接从 HashMap 中获得正确的 AlphaNode ，避免了不必要的字面检查。

<!-- [if !supportEmptyParas]-->

2-input 节点通常被称为 BetaNode 。 Drools 中有两种 BetaNode ： JoinNode 和 NotNode 。 BetaNodes 被用来对 2 个对象进行对比。这两个对象可以是同种类型，也可以是不同类型。

我们约定 BetaNodes 的 2 个输入称为左边（ left ）和右边（ right ）。一个 BetaNode 的左边输入通常是 a list of objects 。在 Drools 中，这是一个数组。右边输入是 a single object 。两个 NotNode 可以完成‘ exists ’检查。 Drools 通过将索引应用在 BetaNodes 上扩展了 RETE 算法。下图展示了一个 JoinNode 的使用：

Figure 4 . JoinNode

注意到图中的左边输入用到了一个 LeftInputAdapterNode ，这个节点的作用是将一个 single Object 转化为一个单对象数组（ single Object Tuple ），传播到 JoinNode 节点。因为我们上面提到过左边输入通常是 a list of objects 。

<!-- [if !supportEmptyParas]-->

Terminal nodes 被用来表明一条规则已经匹配了它的所有条件（ conditions ）。 在这点，我们说这条规则有了一个完全匹配（ full match ）。在一些情况下，一条带有“或”条件的规则可以有超过一个的 terminal node 。

Drools 通过节点的共享来提高规则引擎的性能。因为很多的规则可能存在部分相同的模式，节点的共享允许我们对内存中的节点数量进行压缩，以提供遍历节点的过程。下面的两个规则就共享了部分节点：

rule
    when
        Cheese( $chedddar : name  ==   " cheddar "  )
        $person : Person( favouriteCheese  ==  $cheddar )
    then
        System.out.println( $person.getName()  +   "  likes cheddar "  );
end

<!-- <br><br>Code highlighting produced by Actipro CodeHighlighter (freeware)<br>http://www.CodeHighlighter.com/<br><br>--> rule
    when
        Cheese( $chedddar : name  ==   " cheddar "  )
        $person : Person( favouriteCheese  !=  $cheddar )
    then
        System.out.println( $person.getName()  +   "  does likes cheddar "  );
end

 

这里我们先不探讨这两条 rule 到的是什么意思，单从一个直观的感觉，这两条 rule 在它们的 LHS 中基本都是一样的，只是最后的 favouriteCheese ，一条规则是等于 $cheddar ，而另一条规则是不等于 $cheddar 。下面是这两条规则的节点图：

 

Figure 5 . Node Sharing

从图上可以看到，编译后的 RETE 网络中， AlphaNode 是共享的，而 BetaNode 不是共享的。上面说的相等和不相等就体现在 BetaNode 的不同。然后这两条规则有各自的 Terminal Node 。

<!-- [if !supportEmptyParas]-->

RETE 算法的第二个部分是运行时（ runtime ）。当一个应用 assert 一个对象，引擎将数据传递到 root node 。从那里，它进入 ObjectTypeNode 并 沿着网络向下传播。当数据匹配一个节点的条件，节点就将它记录到相应的内存中。这样做的原因有以下几点：主要的原因是可以带来更快的性能。虽然记住完全或 部分匹配的对象需要内存，它提供了速度和可伸缩性的特点。当一条规则的所有条件都满足，这就是完全匹配。而只有部分条件满足，就是部分匹配。（我觉得引擎 在每个节点都有其对应的内存来储存满足该节点条件的对象，这就造成了如果一个对象是完全匹配，那这个对象就会在每个节点的对应内存中都存有其映象。）

 

2. Leaps 算法：

 

Production systems 的 Leaps 算法使用了一种“ lazy ”方法来评估条件（ conditions ）。一种 Leaps 算法的修改版本的实现，作为 Drools v3 的一部分，尝试结合 Leaps 和 RETE 方法的最好的特点来处理 Working Memory 中的 facts 。

古典的 Leaps 方法将所有的 asserted 的 facts ，按照其被 asserted 在 Working Memory 中的顺序（ FIFO ），放在主堆栈中。它一个个的检查 facts ，通过迭代匹配 data type 的 facts 集合来找出每一个相关规则的匹配。当一个匹配的数据被发现时，系统记住此时的迭代位置以备待会的继续迭代，并且激发规则结果（ consequence ）。当结果（ consequence ）执行完成以后，系统就会继续处理处于主堆栈顶部的 fact 。如此反复。