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Erlang并發(fā)編程介紹

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Erlang中的process——進程是輕量級的,并且進程間無共享。查了很多資料,似乎沒人說清楚輕量級進程算是什么概念,繼續(xù)查找中。。。閑話不提,進入并發(fā)編程的世界。本文算是學習筆記,也可以說是《Concurrent Programming in ERLANG》第五張的簡略翻譯。

1.進程的創(chuàng)建

    進程是一種自包含的、分隔的計算單元,并與其他進程并發(fā)運行在系統(tǒng)中,在進程間并沒有一個繼承體系,當然,應用開發(fā)者可以設(shè)計這樣一個繼承體系。
    進程的創(chuàng)建使用如下語法:

復制代碼 代碼如下:

Pid = spawn(Module, FunctionName, ArgumentList)

spawn接受三個參數(shù):模塊名,函數(shù)名以及參數(shù)列表,并返回一個代表創(chuàng)建的進程的標識符(Pid)。
如果在一個已知進程Pid1中執(zhí)行:
復制代碼 代碼如下:

Pid2 = spawn(Mod, Func, Args)

那么,Pid2僅僅能被Pid1可見,Erlang系統(tǒng)的安全性就構(gòu)建在限制進程擴展的基礎(chǔ)上。

2.進程間通信

    Erlang進程間的通信只能通過發(fā)送消息來實現(xiàn),消息的發(fā)送使用!符號:

復制代碼 代碼如下:

Pid ! Message

    其中Pid是接受消息的進程標記符,Message就是消息。接受方和消息可以是任何的有效的Erlang結(jié)構(gòu),只要他們的結(jié)果返回的是進程標記符和消息。
    消息的接受是使用receive關(guān)鍵字,語法如下:
 
復制代碼 代碼如下:

receive
      Message1 [when Guard1] ->
          Actions1 ;
      Message2 [when Guard2] ->
          Actions2 ;

end

    每一個Erlang進程都有一個“郵箱”,所有發(fā)送到進程的消息都按照到達的順序存儲在“郵箱”里,上面所示的消息Message1,Message2,當它們與“郵箱”里的消息匹配,并且約束(Guard)通過,那么相應的ActionN將執(zhí)行,并且receive返回的是ActionN的最后一條執(zhí)行語句的結(jié)果。Erlang對“郵箱”里的消息匹配是有選擇性的,只有匹配的消息將被觸發(fā)相應的Action,而沒有匹配的消息將仍然保留在“郵箱”里。這一機制保證了沒有消息會阻塞其他消息的到達。
    消息到達的順序并不決定消息的優(yōu)先級,進程將輪流檢查“郵箱”里的消息進行嘗試匹配。消息的優(yōu)先級別下文再講。

    如何接受特定進程的消息呢?答案很簡單,將發(fā)送方(sender)也附送在消息當中,接收方通過模式匹配決定是否接受,比如:
 

復制代碼 代碼如下:

Pid ! {self(),abc}

給進程Pid發(fā)送消息{self(),abc},利用self過程得到發(fā)送方作為消息發(fā)送。然后接收方:
復制代碼 代碼如下:

receive
  {Pid1,Msg} ->

end


通過模式匹配決定只有Pid1進程發(fā)送的消息才接受。

3.一些例子
    僅說明下書中計數(shù)的進程例子,我添加了簡單注釋:

復制代碼 代碼如下:

-module(counter).
-compile(export_all).
% start(),返回一個新進程,進程執(zhí)行函數(shù)loop
start()->spawn(counter, loop,[0]).
% 調(diào)用此操作遞增計數(shù)
increment(Counter)->
    Counter!increament.
% 返回當前計數(shù)值
value(Counter)->
    Counter!{self(),value},
    receive
        {Counter,Value}->
            %返回給調(diào)用方
            Value
        end.
  %停止計數(shù)     
 stop(Counter)->
     Counter!{self(),stop}.
 loop(Val)->
     receive
         %接受不同的消息,決定返回結(jié)果
         increament->
             loop(Val+1);
         {From,value}->
             From!{self(),Val},
             loop(Val);
         stop->
             true;
         %不是以上3種消息,就繼續(xù)等待
         Other->
             loop(Val)
      end.  


調(diào)用方式:

復制代碼 代碼如下:

1> Counter1=counter:start().
0.30.0>
2> counter:value(Counter1).
0
3> counter:increment(Counter1).
increament
4> counter:value(Counter1).
1

基于進程的消息傳遞機制可以很容易地實現(xiàn)有限狀態(tài)機(FSM),狀態(tài)使用函數(shù)表示,而事件就是消息。具體不再展開

4.超時設(shè)置

    Erlang中的receive語法可以添加一個額外選項:timeout,類似:

復制代碼 代碼如下:

receive
   Message1 [when Guard1] ->
     Actions1 ;
   Message2 [when Guard2] ->
     Actions2 ;
  
   after
      TimeOutExpr ->
         ActionsT
end

after之后的TimeOutExpr表達式返回一個整數(shù)time(毫秒級別),時間的精確程度依賴于Erlang在操作系統(tǒng)或者硬件的實現(xiàn)。如果在time毫秒內(nèi),沒有一個消息被選中,超時設(shè)置將生效,也就是ActionT將執(zhí)行。time有兩個特殊值:

1)infinity(無窮大),infinity是一個atom,指定了超時設(shè)置將永遠不會被執(zhí)行。
2) 0,超時如果設(shè)定為0意味著超時設(shè)置將立刻執(zhí)行,但是系統(tǒng)將首先嘗試當前“郵箱”里的消息。

超時的常見幾個應用,比如掛起當前進程多少毫秒:

復制代碼 代碼如下:

sleep(Time) ->
  receive
    after Time ->
    true
end.

  比如清空進程的“郵箱”,丟棄“郵箱”里的所有消息:
 

復制代碼 代碼如下:
 
flush_buffer() ->
  receive
    AnyMessage ->
      flush_buffer()
  after 0 ->
    true
end.

    將當前進程永遠掛起:
復制代碼 代碼如下:

  suspend() ->
    receive
    after
        infinity ->
            true
    end.

    超時也可以應用于實現(xiàn)定時器,比如下面這個例子,創(chuàng)建一個進程,這個進程將在設(shè)定時間后向自己發(fā)送消息:
復制代碼 代碼如下:

-module(timer).
-export([timeout/2,cancel/1,timer/3]).
timeout(Time, Alarm) ->
   spawn(timer, timer, [self(),Time,Alarm]).
cancel(Timer) ->
   Timer ! {self(),cancel}.
timer(Pid, Time, Alarm) ->
   receive
    {Pid,cancel} ->
       true
   after Time ->
       Pid ! Alarm
end.

5、注冊進程
    為了給進程發(fā)送消息,我們需要知道進程的Pid,但是在某些情況下:在一個很大系統(tǒng)里面有很多的全局servers,或者為了安全考慮需要隱藏進程Pid。為了達到可以發(fā)送消息給一個不知道Pid的進程的目的,我們提供了注冊進程的辦法,給進程們注冊名字,這些名字必須是atom。
    基本的調(diào)用形式:

復制代碼 代碼如下:

register(Name, Pid)

將Name與進程Pid聯(lián)系起來
復制代碼 代碼如下:

unregister(Name)

取消Name與相應進程的對應關(guān)系。
復制代碼 代碼如下:

whereis(Name)

返回Name所關(guān)聯(lián)的進程的Pid,如果沒有進程與之關(guān)聯(lián),就返回atom:undefined
復制代碼 代碼如下:

registered()

返回當前注冊的進程的名字列表

6.進程的優(yōu)先級

設(shè)定進程的優(yōu)先級可以使用BIFs:

復制代碼 代碼如下:

process_flag(priority, Pri)

Pri可以是normal、low,默認都是normal
優(yōu)先級高的進程將相對低的執(zhí)行多一點。

7.進程組(process group)
    所有的ERLANG進程都有一個Pid與一個他們共有的稱為Group Leader相關(guān)聯(lián),當一個新的進程被創(chuàng)建的時候?qū)⒈患尤胪粋€進程組。最初的系統(tǒng)進程的Group Leader就是它自身,因此它也是所有被創(chuàng)建進程及子進程的Group Leader。這就意味著Erlang的進程被組織為一棵Tree,其中的根節(jié)點就是第一個被創(chuàng)建的進程。下面的BIFs被用于操縱進程組:

group_leader()
返回執(zhí)行進程的Group Leader的Pid

group_leader(Leader, Pid)
設(shè)置進程Pid的Group Leader為進程的Leader

8.Erlang的進程模型很容易去構(gòu)建Client-Server的模型,書中有一節(jié)專門討論了這一點,著重強調(diào)了接口的設(shè)計以及抽象層次的隔離問題,不翻譯了。

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