11-進程 · Elixir 程序設計

11-進程 ======= Elixir中，所有代碼都在進程中執行。進程彼此獨立，一個接一個并發執行，彼此通過消息傳遞來溝通。進程不僅僅是Elixir中并發的基礎，也是Elixir創建分布式、高容錯程序的本質。 Elixir的進程和操作系統中的進程不可混為一談。 Elixir的進程，在CPU和內存使用上，是極度輕量級的（不同于其它語言中的線程）。因此，同時運行著數十萬、百萬個進程也并不是罕見的事。本章將講解如何派生新進程，以及在進程間如何發送和接受消息等基本知識。 ## 11.1-進程派生派生（spawning）一個新進程的方法是使用自動導入（kernel函數）的```spawn/1```函數： ```elixir iex> spawn fn -> 1 + 2 end #PID<0.43.0> ``` 函數```spawn/1```接收一個_函數_作為參數，在其派生出的進程中執行這個函數。注意spawn/1返回一個PID（進程標識）。在這個時候，這個派生的進程很可能已經結束。派生的進程執行完函數后便會結束： ```elixir iex> pid = spawn fn -> 1 + 2 end #PID<0.44.0> iex> Process.alive?(pid) false ``` >你可能會得到與例子中不一樣的PID 用```self/0```函數獲取當前進程的PID： ```elixir iex> self() #PID<0.41.0> iex> Process.alive?(self()) true ``` >注：上文調用```self/0```加了括號。但是如前文所說，在不引起誤解的情況下，可以省略括號而只寫```self``` 可以發送和接收消息，讓進程變得越來越有趣。 ## 11.2-發送和接收使用```send/2```函數發送消息，用```receive/1```接收消息： ```elixir iex> send self(), {:hello, "world"} {:hello, "world"} iex> receive do ...> {:hello, msg} -> msg ...> {:world, msg} -> "won't match" ...> end "world" ``` 當有消息被發給某進程，該消息就被存儲在該進程的郵箱里。語句塊```receive/1```檢查當前進程的郵箱，尋找匹配給定模式的消息。其中函數```receive/1```支持分支子句，如```case/2```。當然也可以給子句加上衛兵表達式。如果找不到匹配的消息，當前進程將一直等待，知道下一條信息到達。但是可以設置一個超時時間： ```elixir iex> receive do ...> {:hello, msg} -> msg ...> after ...> 1_000 -> "nothing after 1s" ...> end "nothing after 1s" ``` 超時時間設為0表示你知道當前郵箱內肯定有郵件存在，很自信，因此設了這個極短的超時時間。把以上概念綜合起來，演示進程間發送消息： ```elixir iex> parent = self() #PID<0.41.0> iex> spawn fn -> send(parent, {:hello, self()}) end #PID<0.48.0> iex> receive do ...> {:hello, pid} -> "Got hello from #{inspect pid}" ...> end "Got hello from #PID<0.48.0>" ``` 在shell中執行程序時，輔助函數```flush/0```很有用。它清空緩沖區，打印進程郵箱中的所有消息： ```elixir iex> send self(), :hello :hello iex> flush() :hello :ok ``` ## 11.3-鏈接 Elixir中最常用的進程派生方式是通過函數```spawn_link/1```。在舉例子講解```spawn_link/1```之前，來看看如果一個進程失敗了會發生什么： ```elixir iex> spawn fn -> raise "oops" end #PID<0.58.0> ``` 。。。啥也沒發生。這時因為進程都是互不干擾的。如果我們希望一個進程中發生失敗可以被另一個進程知道，我們需要鏈接它們。使用```spawn_link/1```函數，例子： ```elixir iex> spawn_link fn -> raise "oops" end #PID<0.60.0> ** (EXIT from #PID<0.41.0>) an exception was raised: ** (RuntimeError) oops :erlang.apply/2 ``` 當失敗發生在shell中，shell會自動終止執行，并顯示失敗信息。這導致我們沒法看清背后過程。要弄明白鏈接的進程在失敗時發生了什么，我們在一個腳本文件使用```spawn_link/1```并且執行和觀察它： ```elixir # spawn.exs spawn_link fn -> raise "oops" end receive do :hello -> "let's wait until the process fails" end ``` 這次，該進程在失敗時把它的父進程也弄停止了，因為它們是鏈接的。<br/> 手動鏈接進程：```Process.link/1```。建議可以多看看[Process模塊](http://elixir-lang.org/docs/stable/elixir/Process.html)，里面包含很多常用的進程操作函數。進程和鏈接在創建能高容錯系統時扮演重要角色。在Elixir程序中，我們經常把進程鏈接到某“管理者”上。由這個角色負責檢測失敗進程，并且創建新進程取代之。因為進程間獨立，默認情況下不共享任何東西。而且當一個進程失敗了，也不會影響其它進程。因此這種形式（進程鏈接到“管理者”角色）是唯一的實現方法。其它語言通常需要我們來try-catch異常，而在Elixir中我們對此無所謂，放手任進程掛掉。因為我們希望“管理者”會以更合適的方式重啟系統。 “要死你就快一點”是Elixir軟件開發的通用哲學。在講下一章之前，讓我們來看一個Elixir中常見的創建進程的情形。 ## 11.4-狀態目前為止我們還沒有怎么談到狀態。但是，只要你創建程序，就需要狀態。例如，保存程序的配置信息，或者分析一個文件先把它保存在內存里。你怎么存儲狀態？進程就是（最常見的）答案。我們可以寫無限循環的進程，保存一個狀態，然后通過收發信息來告知或改變該狀態。例如，寫一個模塊文件，用來創建一個提供k-v倉儲服務的進程： ```elixir defmodule KV do def start do {:ok, spawn_link(fn -> loop(%{}) end)} end defp loop(map) do receive do {:get, key, caller} -> send caller, Map.get(map, key) loop(map) {:put, key, value} -> loop(Map.put(map, key, value)) end end end ``` 注意```start```函數簡單地派生一個新進程，這個進程以一個空的圖為參數，執行```loop/1```函數。這個```loop/1```函數等待消息，并且針對每個消息執行合適的操作。加入受到一個```:get```消息，它把消息發回給調用者，然后再次調用自身```loop/1```，等待新消息。當受到```:put```消息，它便用一個新版本的圖變量（里面的k-v更新了）再次調用自身。執行一下試試： ```elixir iex> {:ok, pid} = KV.start #PID<0.62.0> iex> send pid, {:get, :hello, self()} {:get, :hello, #PID<0.41.0>} iex> flush nil ``` 一開始進程內的圖變量是沒有鍵值的，所以發送一個```:get```消息并且刷新當前進程的收件箱，返回nil。下面再試試發送一個```:put```消息： ```elixir iex> send pid, {:put, :hello, :world} #PID<0.62.0> iex> send pid, {:get, :hello, self()} {:get, :hello, #PID<0.41.0>} iex> flush :world ``` 注意進程是怎么保持一個狀態的：我們通過同該進程收發消息來獲取和更新這個狀態。事實上，任何進程只要知道該進程的PID，都能讀取和修改狀態。還可以注冊這個PID，給它一個名稱。這使得人人都知道它的名字，并通過名字來向它發送消息： ```elixir iex> Process.register(pid, :kv) true iex> send :kv, {:get, :hello, self()} {:get, :hello, #PID<0.41.0>} iex> flush :world ``` 使用進程維護狀態，以及注冊進程都是Elixir程序非常常用的方式。但是大多數時間我們不會自己實現，而是使用Elixir提供的抽象實現。例如，Elixir提供的[agent](http://elixir-lang.org/docs/stable/elixir/Agent.html)就是一種維護狀態的簡單的抽象實現： ```elixir iex> {:ok, pid} = Agent.start_link(fn -> %{} end) {:ok, #PID<0.72.0>} iex> Agent.update(pid, fn map -> Map.put(map, :hello, :world) end) :ok iex> Agent.get(pid, fn map -> Map.get(map, :hello) end) :world ``` 給```Agent.start/2```方法加一個一個```:name```選項可以自動為其注冊一個名字。除了agents，Elixir還提供了創建通用服務器（generic servers，稱作GenServer）、通用時間管理器以及事件處理器（又稱GenEvent）的API。這些，連同“管理者”樹，都可以在Mix和OTP手冊里找到詳細說明。