Erlang基础（四）: 并发

2015-10-09 本文已影响437人文卿

开篇

不容易啊，终于要开始介绍并发了，erlang也终于可以大显神威了。在前面的几篇文章中，着重介绍了使用erlang进行顺序编程的一些关键点，算是入门。
毕竟，相对于golang，对于熟悉面向对象编程的程序员而言，erlang的入门门槛要高不少，毕竟是两种几乎迥异的编程思想的碰撞。
erlang的顺序编程作为入门的同时，其实也介绍了erlang为什么被称之为并发语言以及erlang代码的简洁、高效。

关于并发

并发这个话题在当下的时代环境背景中随处可见，好像写的程序不支持并发就没脸见人似的。
在诸如C,C++,Java,C#等语言中，通常通过多线程，多进程的方式来支持并发。而这类语言往往没有在语言级对多线程、多进程程序的编写做很好的支持。
而在erlang,以及golang等语言中，在语言级就支持并发。这无异于简化了并发编程的编写。而往往越简单的逻辑是越不容易出错的，从另一方面也保证了软件的质量。

Erlang中的并发

在erlang，实现并发通过语言级别的三个并发原语实现。另外，erlang是面向消息的语言，即，进程间通信不是通过共享内存等方式实现，而是通过消息实现。Erlang中也不存在线程的概念，通过产生多个进程来实现并发。

注：erlang中创建一个进程的开销远远小于在其他语言中创建一个进程。因为erlang创建进程的过程是在erlang自身的虚拟机中实现，此处的底层实现保证了创建进程的快速以及低开销。

并发原语如下：

!
！在erlang中表示向某个进程发送消息
spawn
产生一个进程。
receive ... end
接受从另外的进程发送过来的消息.
简单的例子:

-module(area_server).
-ifdef(debug).
%% export all functions under debug mode
-compile(export_all).
-else.
%% export the entrance function under release mode
-export([loop/0]).
-endif.
-define (PI, 3.1415926).
%% receive message sender from other processes
loop()->
    receive 
        {rect, Width, Height} ->
            io:format("the area of rectangle is ~p~n", [Width * Height]),
            loop();
        {circle, R} ->
            io:format("the area of circle is ~p~n", [?PI * R * R]),
            loop();
        Other -> 
            io:format("no supported shape ~p~n", [Other]),
            loop()
    end.

简单例子

可以看到，spawn原语执行后，会返回一个产生的进程的进程id，在例子中是<0.37.0>。然后通过 ! 原语向该进程发送消息。
在代码中可以看到，receive...end 的并发原语中，会接受并处理 {rect, Width, Height}, {circle, R} 的消息，即，计算矩形和圆形面积。对于其他的消息，给出"no supported shape"信息，并附上消息内容。

Demos

echo

服务端

-module (echo_server).
-ifdef(debug).
-compile(export_all).
-else.
-export([loop/0]).
-endif.
%% receive message and just send back
loop() ->
    receive
        {From, Message} ->
            From ! Message,
            loop();
    end.

客户端

-module (echo_client).
-ifdef(debug).
-compile(export_all).
-else.
-export([send/2]).
-endif.
%%send message to process 
send(Pid, Message) ->
    Pid ! Message,
    receive
        Response ->
            Response
    end.

运行示例

demo

第一行：编译echo_server模块
第二行：编译echo_client模块
第三行：产生一个进程，后台运行echo_server 
第四行：向echo_server的进程发送消息，并带上自己的进程id(self() => 获取当前进程的id)。

对echo_server封装

背景
上述例子中可以看出，server的进程需要手动创建，而且接受消息的client不能判断是从server回过来的，也可能是从其他进程发送过来的。所以我们要对代码进行一层修改。并且封装部分函数。
服务端

%% start the server and output the pid.
start() ->
    spawn(fun loop/0).
%% receive message and just send back
loop() ->
    receive
        {From, Message} ->
            From ! {self(), Message},
            loop()
    end.

客户端

%%send Message to Process with process id
send(Pid, Message) ->
    Pid ! {self(), Message},
    receive
        {Pid, Response} ->
            Response
    end.

运行示例

demo2

可以看到，此处将进程的创建，接收消息的Pid匹配，以及回消息时带上自身的进程Pid都封装到了函数之内。

关于RPC

看到此处，可能大家都会觉得，这个是不是只能在同台物理机上的同个虚拟机内进行进程间通信呢？答案显然是否定的。至于RPC怎么配置，怎么实现，放在以后讲述节点部署时再进行描述。

关于进程创建开销

很多人，尤其是具有多年传统编程语言经验的，都会下意识的认为进程创建的开销是非常巨大的。但，在erlang中，并非如此。口说无凭，来段代码验证下。具体思路：首先创建N个进程，并使N个进程挂起，然后发消息，让N个进程退出，然后打印消耗时间（包括CPU时间和真实时间）。

代码：

code
运行

demo3

可以看到，创建20万个进程，消耗了1916微秒，而平均每个进程的创建并销忘的开销，仅仅为9.58微秒。
另外：
在此处，获取到系统设置本机默认可以创建26万个进程，如果想要调整这个数字的大小，需要在erlang虚拟机启动时进程设置。如：erl +P 50000。那么启动时，最多只能创建5万个进程。(erlang opt 18 版本中，此处会将参数扩大至2的幂次方，5万的参数，会设置为 65536个进程。)

超时设置

场景
在一个进程的receive...end原语中，也有需求是等到X秒，然后退出，或者给出等待时间等等。
语法

receive 
  Pattern1 [when Guard1] -> do something;
  Pattern2 [when Guard1] -> do something;
  ...
after Time ->
  Expression
end.

其中，after处的子句触发条件是2个，1：Time等待时间到，2：所有的消息均与receive中的模式进行过匹配。
因此，如果有大量消息接受的进程，需要考虑是否采用这种低效率的模式。

案例
此处可以灵活变通，比如利用Time = 0，设计一个立即触发模式匹配的。或者receive不做任何事，仅仅是让进程sleep一定时间。或者做一个定时器，Time时间之后，在after语句中开始接受其他消息。