using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Reflection;
using System.Diagnostics;
using System.Threading;
using Implab.Parallels;

namespace Implab {

    public delegate void ErrorHandler(Exception e);
    public delegate T ErrorHandler<out T>(Exception e);
    public delegate void ResultHandler<in T>(T result);
    public delegate TNew ResultMapper<in TSrc, out TNew>(TSrc result);
    public delegate IPromise<TNew> ChainedOperation<in TSrc, TNew>(TSrc result);

    /// <summary>
    /// Класс для асинхронного получения результатов. Так называемое "обещание".
    /// </summary>
    /// <typeparam name="T">Тип получаемого результата</typeparam>
    /// <remarks>
    /// <para>Сервис при обращении к его методу дает обещаиние о выполнении операции,
    /// клиент получив такое обещание может установить ряд обратных вызово для получения
    /// событий выполнения обещания, тоесть завершения операции и предоставлении результатов.</para>
    /// <para>
    /// Обещение может быть как выполнено, так и выполнено с ошибкой. Для подписки на
    /// данные события клиент должен использовать методы <c>Then</c>.
    /// </para>
    /// <para>
    /// Сервис, в свою очередь, по окончанию выполнения операции (возможно с ошибкой),
    /// использует методы <c>Resolve</c> либо <c>Reject</c> для оповещения клиетна о
    /// выполнении обещания.
    /// </para>
    /// <para>
    /// Если сервер успел выполнить обещание еще до того, как клиент на него подписался,
    /// то в момент подписки клиента будут вызваны соответсвующие события в синхронном
    /// режиме и клиент будет оповещен в любом случае. Иначе, обработчики добавляются в
    /// список в порядке подписания и в этом же порядке они будут вызваны при выполнении
    /// обещания.
    /// </para>
    /// <para>
    /// Обрабатывая результаты обещания можно преобразовывать результаты либо инициировать
    /// связанные асинхронные операции, которые также возвращают обещания. Для этого следует
    /// использовать соответствующую форму методе <c>Then</c>.
    /// </para>
    /// <para>
    /// Также хорошим правилом является то, что <c>Resolve</c> и <c>Reject</c> должен вызывать
    /// только инициатор обещания иначе могут возникнуть противоречия.
    /// </para>
    /// </remarks>
    public class Promise<T> : IPromise<T> {

        protected struct HandlerDescriptor {
            public ResultHandler<T> resultHandler;
            public ErrorHandler errorHandler;
            public Action cancellHandler;

            public void Resolve(T result) {
                if (resultHandler != null)
                    try {
                        resultHandler(result);
                    } catch (Exception e) {
                        Reject(e);
                    }
            }

            public void Reject(Exception err) {
                if (errorHandler != null)
                    try {
                        errorHandler(err);
                    } catch {
                    }
            }

            public void Cancel() {
                if (cancellHandler != null)
                    try {
                        cancellHandler();
                    } catch {
                    }
            }
        }

        const int UnresolvedSate = 0;
        const int TransitionalState = 1;
        const int SucceededState = 2;
        const int RejectedState = 3;
        const int CancelledState = 4;

        readonly bool m_cancellable;

        int m_childrenCount = 0;
        int m_state;
        T m_result;
        Exception m_error;

        readonly MTQueue<HandlerDescriptor> m_handlers = new MTQueue<HandlerDescriptor>();

        public Promise() {
            m_cancellable = true;
        }

        public Promise(IPromiseBase parent, bool cancellable) {
            m_cancellable = cancellable;
            if (parent != null)
                AddHandler(
                    null,
                    null,
                    () => {
                        if (parent.IsExclusive)
                            parent.Cancel();
                    }
                );
        }

        bool BeginTransit() {
            return UnresolvedSate == Interlocked.CompareExchange(ref m_state, TransitionalState, UnresolvedSate);
        }

        void CompleteTransit(int state) {
            if (TransitionalState != Interlocked.CompareExchange(ref m_state, state, TransitionalState))
                throw new InvalidOperationException("Can't complete transition when the object isn't in the transitional state");
        }

        void WaitTransition() {
            while (m_state == TransitionalState) {
                /* noop */
            }
        }

        public bool IsResolved {
            get {
                return m_state > 1;
            }
        }

        public bool IsCancelled {
            get {
                return m_state == CancelledState;
            }
        }

        public Type PromiseType {
            get { return typeof(T); }
        }

        /// <summary>
        /// Выполняет обещание, сообщая об успешном выполнении.
        /// </summary>
        /// <param name="result">Результат выполнения.</param>
        /// <exception cref="InvalidOperationException">Данное обещание уже выполнено</exception>
        public void Resolve(T result) {
            if (BeginTransit()) {
                m_result = result;
                CompleteTransit(SucceededState);
                OnStateChanged();
            } else {
                WaitTransition();
                if (m_state != CancelledState)
                    throw new InvalidOperationException("The promise is already resolved");
            }
        }

        /// <summary>
        /// Выполняет обещание, сообщая об успешном выполнении. Результатом выполнения будет пустое значения.
        /// </summary>
        /// <remarks>
        /// Данный вариант удобен в случаях, когда интересен факт выполнения операции, нежели полученное значение.
        /// </remarks>
        public void Resolve() {
            Resolve(default(T));
        }

        /// <summary>
        /// Выполняет обещание, сообщая об ошибке
        /// </summary>
        /// <remarks>
        /// Поскольку обещание должно работать в многопточной среде, при его выполнении сразу несколько потоков
        /// могу вернуть ошибку, при этом только первая будет использована в качестве результата, остальные
        /// будут проигнорированы.
        /// </remarks>
        /// <param name="error">Исключение возникшее при выполнении операции</param>
        /// <exception cref="InvalidOperationException">Данное обещание уже выполнено</exception>
        public void Reject(Exception error) {
            if (BeginTransit()) {
                m_error = error;
                CompleteTransit(RejectedState);
                OnStateChanged();
            } else {
                WaitTransition();
                if (m_state == SucceededState)
                    throw new InvalidOperationException("The promise is already resolved");
            }
        }

        /// <summary>
        /// Отменяет операцию, если это возможно.
        /// </summary>
        /// <returns><c>true</c> Операция была отменена, обработчики не будут вызваны.<c>false</c> отмена не возможна, поскольку обещание уже выполнено и обработчики отработали.</returns>
        public bool Cancel() {
            if (BeginTransit()) {
                CompleteTransit(CancelledState);
                OnStateChanged();
                return true;
            } else {
                return false;
            }
        }

        // сделано для возвращаемого типа void
        protected void InternalCancel() {
            Cancel();
        }

        /// <summary>
        /// Adds new handlers to this promise.
        /// </summary>
        /// <param name="success">The handler of the successfully completed operation.
        /// This handler will recieve an operation result as a parameter.</param>
        /// <param name="error">Handles an exception that may occur during the operation.</param>
        /// <returns>The new promise chained to this one.</returns>
        public IPromise<T> Then(ResultHandler<T> success, ErrorHandler error) {
            if (success == null && error == null)
                return this;

            var medium = new Promise<T>(this, true);

            ResultHandler<T> resultHandler;
            if (success != null)
                resultHandler = x => {
                    success(x);
                    medium.Resolve(x);
                };
            else
                resultHandler = medium.Resolve;

            ErrorHandler errorHandler;
            if (error != null)
                errorHandler = x => {
                    // несмотря на то, что обработчик ошибки вызывается безопасно,
                    // т.е. возникшие в нем ошибки будут подавлены, нам нужно
                    // гарантировать, что ошибка будет передана дальше по цепочке обещаний
                    try {
                        error(x);
                    } catch { }
                    medium.Reject(x);
                };
            else
                errorHandler = medium.Reject;

            AddHandler(resultHandler, errorHandler, medium.InternalCancel);

            return medium;
        }

        public IPromiseBase Then(Action success, ErrorHandler error) {
            return Then(x => success(), error);
        }

        public IPromiseBase Then(Action success) {
            return Then(x => success());
        }

        /// <summary>
        /// Adds new handlers to this promise.
        /// </summary>
        /// <param name="success">The handler of the successfully completed operation.
        /// This handler will recieve an operation result as a parameter.</param>
        /// <param name="error">Handles an exception that may occur during the operation and returns the value which will be used as the result of the operation.</param>
        /// <returns>The new promise chained to this one.</returns>
        public IPromise<T> Then(ResultHandler<T> success, ErrorHandler<T> error) {
            if (success == null && error == null)
                return this;

            var medium = new Promise<T>(this, true);

            ResultHandler<T> resultHandler;
            ErrorHandler errorHandler;

            if (success != null)
                resultHandler = x => {
                    success(x);
                    medium.Resolve(x);
                };
            else
                resultHandler = medium.Resolve;

            if (error != null)
                errorHandler = x => {
                    try {
                        medium.Resolve(error(x));
                    } catch (Exception e) {
                        medium.Reject(e);
                    }
                };
            else
                errorHandler = medium.Reject;

            AddHandler(resultHandler, errorHandler, medium.InternalCancel);

            return medium;
        }


        public IPromise<T> Then(ResultHandler<T> success) {
            if (success == null)
                return this;

            var medium = new Promise<T>(this, true);

            ResultHandler<T> resultHandler;

            if (success != null)
                resultHandler = x => {
                    success(x);
                    medium.Resolve(x);
                };
            else
                resultHandler = medium.Resolve;

            AddHandler(resultHandler, medium.Reject, medium.InternalCancel);

            return medium;
        }

        public IPromise<T> Error(ErrorHandler error) {
            return Then((ResultHandler<T>)null, error);
        }

        /// <summary>
        /// Handles error and allows to keep the promise.
        /// </summary>
        /// <remarks>
        /// If the specified handler throws an exception, this exception will be used to reject the promise.
        /// </remarks>
        /// <param name="handler">The error handler which returns the result of the promise.</param>
        /// <returns>New promise.</returns>
        public IPromise<T> Error(ErrorHandler<T> handler) {
            if (handler == null)
                return this;

            var medium = new Promise<T>(this, true);

            AddHandler(
                x => medium.Resolve(x),
                e => {
                    try {
                        medium.Resolve(handler(e));
                    } catch (Exception e2) {
                        medium.Reject(e2);
                    }
                },
                medium.InternalCancel
            );

            return medium;
        }

        public IPromise<T> Anyway(Action handler) {
            if (handler == null)
                return this;

            var medium = new Promise<T>(this,true);

            AddHandler(
                x => {
                    // to avoid handler being called multiple times we handle exception by ourselfs
                    try {
                        handler();
                        medium.Resolve(x);
                    } catch (Exception e) {
                        medium.Reject(e);
                    }
                },

                e => {
                    try {
                        handler();
                    } catch { }
                    medium.Reject(e);
                },

                medium.InternalCancel
            );

            return medium;
        }

        /// <summary>
        /// Позволяет преобразовать результат выполения операции к новому типу.
        /// </summary>
        /// <typeparam name="TNew">Новый тип результата.</typeparam>
        /// <param name="mapper">Преобразование результата к новому типу.</param>
        /// <param name="error">Обработчик ошибки. Данный обработчик получит
        /// исключение возникшее при выполнении операции.</param>
        /// <returns>Новое обещание, которое будет выполнено при выполнении исходного обещания.</returns>
        public IPromise<TNew> Map<TNew>(ResultMapper<T, TNew> mapper, ErrorHandler error) {
            if (mapper == null)
                throw new ArgumentNullException("mapper");

            // создаем прицепленное обещание
            var chained = new Promise<TNew>(this,true);

            ResultHandler<T> resultHandler = result => chained.Resolve(mapper(result));
            ErrorHandler errorHandler = delegate(Exception e) {
                if (error != null)
                    try {
                        error(e);
                    } catch { }
                // в случае ошибки нужно передать исключение дальше по цепочке
                chained.Reject(e);
            };


            AddHandler(
                resultHandler,
                errorHandler,
                chained.InternalCancel
            );

            return chained;
        }

        public IPromise<TNew> Map<TNew>(ResultMapper<T, TNew> mapper) {
            return Map(mapper, null);
        }

        /// <summary>
        /// Сцепляет несколько аснхронных операций. Указанная асинхронная операция будет вызвана после
        /// выполнения текущей, а результат текущей операции может быть использован для инициализации
        /// новой операции.
        /// </summary>
        /// <typeparam name="TNew">Тип результата указанной асинхронной операции.</typeparam>
        /// <param name="chained">Асинхронная операция, которая должна будет начаться после выполнения текущей.</param>
        /// <param name="error">Обработчик ошибки. Данный обработчик получит
        /// исключение возникшее при выполнении текуещй операции.</param>
        /// <returns>Новое обещание, которое будет выполнено по окончанию указанной аснхронной операции.</returns>
        public IPromise<TNew> Chain<TNew>(ChainedOperation<T, TNew> chained, ErrorHandler error) {

            // проблема в том, что на момент связывания еще не начата асинхронная операция, поэтому нужно
            // создать посредника, к которому будут подвызяваться следующие обработчики.
            // когда будет выполнена реальная асинхронная операция, она обратиться к посреднику, чтобы
            // передать через него результаты работы.
            var medium = new Promise<TNew>(this, true);

            ResultHandler<T> resultHandler = delegate(T result) {
                if (medium.IsCancelled)
                    return;

                var promise = chained(result);

                promise.Then(
                    x => medium.Resolve(x),
                    e => medium.Reject(e)
                );
                
                // notify chained operation that it's not needed anymore
                // порядок вызова Then, Cancelled важен, поскольку от этого
                // зависит IsExclusive
                medium.Cancelled(() => {
                    if(promise.IsExclusive)
                        promise.Cancel();
                });

                // внешняя отмена связанной операции рассматривается как ошибка
                promise.Cancelled(() => medium.Reject(new OperationCanceledException()));
            };

            ErrorHandler errorHandler = delegate(Exception e) {
                if (error != null)
                    error(e);
                // в случае ошибки нужно передать исключение дальше по цепочке
                medium.Reject(e);
            };

            AddHandler(
                resultHandler,
                errorHandler,
                medium.InternalCancel
            );

            return medium;
        }

        public IPromise<TNew> Chain<TNew>(ChainedOperation<T, TNew> chained) {
            return Chain(chained, null);
        }

        public IPromise<T> Cancelled(Action handler) {
            AddHandler(null, null, handler);
            return this;
        }

        /// <summary>
        /// Adds the specified handler for all cases (success, error, cancel)
        /// </summary>
        /// <param name="handler">The handler that will be called anyway</param>
        /// <returns>self</returns>
        public IPromise<T> Finally(Action handler) {
            if (handler == null)
                throw new ArgumentNullException("handler");
            AddHandler(
                x => handler(),
                e => handler(),
                handler
            );
            return this;
        }

        /// <summary>
        /// Преобразует результат обещания к нужному типу
        /// </summary>
        /// <typeparam name="T2"></typeparam>
        /// <returns></returns>
        public IPromise<T2> Cast<T2>() {
            return Map(x => (T2)(object)x, null);
        }

        /// <summary>
        /// Дожидается отложенного обещания и в случае успеха, возвращает
        /// его, результат, в противном случае бросает исключение.
        /// </summary>
        /// <remarks>
        /// <para>
        /// Если ожидание обещания было прервано по таймауту, это не значит,
        /// что обещание было отменено или что-то в этом роде, это только
        /// означает, что мы его не дождались, однако все зарегистрированные
        /// обработчики, как были так остались и они будут вызваны, когда
        /// обещание будет выполнено.
        /// </para>
        /// <para>
        /// Такое поведение вполне оправдано поскольку таймаут может истечь
        /// в тот момент, когда началась обработка цепочки обработчиков, и
        /// к тому же текущее обещание может стоять в цепочке обещаний и его
        /// отклонение может привести к непрогнозируемому результату.
        /// </para>
        /// </remarks>
        /// <param name="timeout">Время ожидания</param>
        /// <returns>Результат выполнения обещания</returns>
        public T Join(int timeout) {
            var evt = new ManualResetEvent(false);
            Anyway(() => evt.Set());
            Cancelled(() => evt.Set());

            if (!evt.WaitOne(timeout, true))
                throw new TimeoutException();

            switch (m_state) {
                case SucceededState:
                    return m_result;
                case CancelledState:
                    throw new OperationCanceledException();
                case RejectedState:
                    throw new TargetInvocationException(m_error);
                default:
                    throw new ApplicationException(String.Format("Invalid promise state {0}", m_state));
            }
        }

        public T Join() {
            return Join(Timeout.Infinite);
        }

        void AddHandler(ResultHandler<T> success, ErrorHandler error, Action cancel) {
            if (success != null || error != null)
                Interlocked.Increment(ref m_childrenCount);

            HandlerDescriptor handler = new HandlerDescriptor {
                resultHandler = success,
                errorHandler = error,
                cancellHandler = cancel
            };

            bool queued;

            if (!IsResolved) {
                m_handlers.Enqueue(handler);
                queued = true;
            } else {
                // the promise is in resolved state, just invoke the handled with minimum overhead
                queued = false;
                InvokeHandler(handler);
            }

            if (queued && IsResolved && m_handlers.TryDequeue(out handler))
                // if the promise have been resolved while we was adding handler to the queue
                // we can't guarantee that someone is still processing it
                // therefore we will fetch a handler from the queue and execute it
                // note that fetched handler may be not the one that we have added
                // even we can fetch no handlers at all :)
                InvokeHandler(handler);
        }

        protected virtual void InvokeHandler(HandlerDescriptor handler) {
            switch (m_state) {
                case SucceededState:
                    handler.Resolve(m_result);
                    break;
                case RejectedState:
                    handler.Reject(m_error);
                    break;
                case CancelledState:
                    handler.Cancel();
                    break;
                default:
                    // do nothing
                    return;
            }
        }

        protected virtual void OnStateChanged() {
            HandlerDescriptor handler;
            while (m_handlers.TryDequeue(out handler))
                InvokeHandler(handler);
        }

        public bool IsExclusive {
            get {
                return m_childrenCount <= 1;
            }
        }

        /// <summary>
        /// Объединяет несколько обещаний в одно, результатом которого является массив результатов других обещаний.
        /// Если хотябы одно из переданных обещаний не будет выполнено, то новое обещение тоже не будет выполнено.
        /// При отмене нового обещания, переданные обещания также будут отменены, если никто больше на них не подписан.
        /// </summary>
        /// <param name="promises">Список обещаний. Если список пустой, то результирующее обещание возвращается уже выполненным.</param>
        /// <returns>Обещание объединяющее в себе результат переданных обещаний.</returns>
        /// <exception cref="ArgumentNullException"><paramref name="promises"/> не может быть null</exception>
        public static IPromise<T[]> CreateComposite(IList<IPromise<T>> promises) {
            if (promises == null)
                throw new ArgumentNullException();

            // создаем аккумулятор для результатов и результирующее обещание
            var result = new T[promises.Count];
            var promise = new Promise<T[]>();

            // special case
            if (promises.Count == 0) {
                promise.Resolve(result);
                return promise;
            }

            int pending = promises.Count;

            for (int i = 0; i < promises.Count; i++) {
                var dest = i;

                if (promises[i] != null) {
                    promises[i].Then(
                        x => {
                            result[dest] = x;
                            if (Interlocked.Decrement(ref pending) == 0)
                                promise.Resolve(result);
                        },
                        e => promise.Reject(e)
                    );
                } else {
                    if (Interlocked.Decrement(ref pending) == 0)
                        promise.Resolve(result);
                }
            }

            promise.Cancelled(
                () => {
                    foreach (var d in promises)
                        if (d != null && d.IsExclusive)
                            d.Cancel();
                }
            );

            return promise;
        }

        /// <summary>
        /// Объединяет несколько обещаний в одно. Результирующее обещание будет выполнено при
        /// выполнении всех указанных обещаний. При этом возвращаемые значения первичных обещаний
        /// игнорируются.
        /// </summary>
        /// <param name="promises">Коллекция первичных обещаний, которые будут объеденены в одно.</param>
        /// <returns>Новое обещание, объединяющее в себе переданные.</returns>
        /// <remarks>
        /// Если в коллекции встречаюься <c>null</c>, то они воспринимаются как выполненные обещания.
        /// </remarks>
        public static IPromiseBase CreateComposite(ICollection<IPromiseBase> promises) {
            if (promises == null)
                throw new ArgumentNullException();
            if (promises.Count == 0)
                return Promise<object>.ResultToPromise(null);

            int countdown = promises.Count;

            var result = new Promise<object>();

            foreach (var d in promises) {
                if (d == null) {
                    if (Interlocked.Decrement(ref countdown) == 0)
                        result.Resolve(null);
                } else {
                    d.Then(() => {
                        if (Interlocked.Decrement(ref countdown) == 0)
                            result.Resolve(null);
                    });
                }
            }

            result.Cancelled(() => {
                foreach (var d in promises)
                    if (d != null && d.IsExclusive)
                        d.Cancel();
            });

            return result;
        }

        public static Promise<T> ResultToPromise(T result) {
            var p = new Promise<T>();
            p.Resolve(result);
            return p;
        }

        public static Promise<T> ExceptionToPromise(Exception error) {
            if (error == null)
                throw new ArgumentNullException();

            var p = new Promise<T>();
            p.Reject(error);
            return p;
        }

        #region IPromiseBase explicit implementation

        IPromiseBase IPromiseBase.Error(ErrorHandler error) {
            return Error(error);
        }

        IPromiseBase IPromiseBase.Anyway(Action handler) {
            return Anyway(handler);
        }

        IPromiseBase IPromiseBase.Finally(Action handler) {
            return Finally(handler);
        }

        IPromiseBase IPromiseBase.Cancelled(Action handler) {
            return Cancelled(handler);
        }

        void IPromiseBase.Join() {
            Join();
        }

        void IPromiseBase.Join(int timeout) {
            Join(timeout);
        }

        #endregion


        
    }
}