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一种适合C# Actor的消息执行方式(上):Erlang中的模式匹配

原创 Linux操作系统 作者:iDotNetSpace 时间:2009-07-13 12:45:30 0 删除 编辑

前言

  Actor模型为并行而生。由于现在单台机器中独立的计算单元也越来越多,Actor模型的重要性也越来越大。Actor模型的理念非常简单:天下万物皆为Actor,Actor之间通过发送消息进行通信。不同的Actor可以同时处理各自的消息,从而获得了大规模的并发能力。

  Erlang基于Actor模型实现,我们甚至可以这样认为,没有Erlang在业界竖立的丰碑,Actor模型便不会如此受人关注。目前,几乎所有的主流开发平台上都有了Actor模型的实现,如Java平台下的Jetlang以及.NET平台下的MS CCRRetlang;还有一些Actor框架专为特定语言设计,如F#的MailboxProcessor以及Scala的Actor类库;甚至微软还基于MS CCR构建了一门新的语言Axum

  不过对于.NET平台下的开发人员来说,我们最常用的语言是C#。无论您是在使用MS CCR还是Retlang(亦或是我写的ActorLite),在消息的执行阶段总是略显尴尬。本文的目的便是提出一种适合C# Actor的消息执行方式,而这种执行方式还会成为我以后公开的C#中“模式匹配”的基础。

Erlang中的执行方式

  本文将分为三个部分,您目前正在阅读的第一部分,将会观察Erlang是如何执行消息的。有对比才会有差距,也正是由于Erlang在Actor模型上的示范作用,我们才会意识到C# Actor在使用上有多么的不方便。

  作为示例,我们还是使用最经典的乒乓测试。乒乓测试的效果很简单:ping和pong为两个Actor对象,首先由ping向pong发送一个“Ping”消息,pong在接受到Ping消息之后,将会向ping发送一个“Pong”消息。在双方“乒来乓去”几个回合后,ping将会向pong发起“Finished”,从而停止交互。

  乒乓测试的Erlang的实现代码如下:

-module(tut15).

-export([start/0, ping/2, pong/0]).

ping(0, Pong_PID) ->
    Pong_PID ! finished,
    io:format("ping finished~n", []);

ping(N, Pong_PID) ->
    Pong_PID ! {ping, self()},
    receive
        pong ->
            io:format("Ping received pong~n", [])
    end,
    ping(N - 1, Pong_PID).

pong() ->
    receive
        finished ->
            io:format("Pong finished~n", []);
        {ping, Ping_PID} ->
            io:format("Pong received ping~n", []),
            Ping_PID ! pong,
            pong()
    end.

start() ->
    Pong_PID = spawn(tut15, pong, []),
    spawn(tut15, ping, [3, Pong_PID]).

  由于Erlang的函数式编程尾递归,receive原语等特殊的语言特性,其乒乓测试的实现或语义上可能和其他语言有一定区别(详见《天下无处不乒乓》一文)。不过我们现在还是关注Erlang在消息执行时的特性:模式匹配。

  虽然Erlang有诸多优秀特性,但是它的数据抽象能力非常有限。在Erlang中常用的数据结构只有三种:

  • 原子(atom):原子使用小写开头的标识符来表示。您可以把原子认为是一种字符串常量来看待,事实上它除了作为标识之外也没有额外的作用。
  • 绑定(binding):大写开头的标示符则为绑定,您可以近似地将其理解为“只能设置一次”的变量。一个绑定内部可以保存任何数据,如一个进程(Erlang的概念,并非指操作系统进程)的id,一个数字,或一个字符串。
  • 元组(tuple):顾名思义,“元组”即为“单元的组合”,单元即为“原子”,“绑定”以及其他“元组”,通过某种方式结合起来。如上述代码中{ping, Ping_PID}便是一个由原子“ping”和绑定“Ping_PID”组成。当然您也可以写成{do, {ping, Hello, World}, 7}这种嵌套的元组结构。

  Erlang中的receive原语的作用是接受下一条消息,直到有可用消息时它才会执行下面的代码。Erlang使用了模式匹配(Pattern Matching)来表现接受到不同消息时的逻辑分支。如pong的实现:

pong() ->
    receive
        finished ->
            io:format("Pong finished~n", []);
        {ping, Ping_PID} ->
            io:format("Pong received ping~n", []),
            Ping_PID ! pong,
            pong()
    end.

  在这段代码中,receive将会设法将消息与两种模式进行匹配:

  1. 原子finished,表示测试结束。
  2. 元组{ping, Ping_PID},表示一个元组,其中有两个单元,首先是ping原子,其次是Ping_PID绑定。

  在成功匹配了某个模式之后,其中的绑定也会随之被赋上特定的值。如匹配了{ping, Ping_PID}之后,Ping_PID便被赋值为ping这个Actor对象的标识符。而在接下来的逻辑中,便可以使用这些“绑定”中的值。由于元组的结构不会受到任何限制,因此开发人员可以使用它来表示任意的抽象数据类型——更确切地说,应该是“数据结构”吧。

Erlang的优势与缺陷

  Erlang在消息执行方式上的优势在于灵活。Erlang是弱类型语言,在实现的时候可以任意调整消息的内容,或是模式的要求。在Erlang进行模式匹配时往往有种约定:使用“原子”来表示“做什么”,而使用“绑定”来获取操作所需要的“数据”,这种方式避免了冗余的cast和赋值,在使用的时候颇为灵活。然而,世上没有完美的事物,Erlang的消息执行方式也有缺陷,而且是较为明显的缺陷。

  首先,Erlang的数据抽象能力实在太弱。如果编写一个略显复杂的应用程序,您会发现程序里充斥着复杂的元组。您可能会疲于应对那些拥有7、8个单元(甚至跟多)的元组,一个一个数过来到底某个绑定匹配的是第几项,它的含义究竟是什么——一旦搞错,程序便会出错,而且想要调试都较为困难。因此,也有人戏称Erlang是一门“天生会损害人视力的语言”(令人惊讶的是,那篇文章居然搜不到了,我们只能从搜索引擎上看出点痕迹了)。

  而我认为,这并不是Erlang语言中最大的问题,Erlang中最大的问题也是其“弱类型”特性。例如,现在有一个公用的Service Locator服务,任意类型的Actor都会像SL发送一个消息用于请求某个Service的位置,SL会在得到请求之后,向请求方发送一条消息表示应答。试想,如果SL的功能需要有所修改,作为回复的消息结构产生了变化,那么我们势必要修改每一个请求方中所匹配的模式。由于消息的发送方和接受方在实际上完全分离,没有基于任何协议,因此静态检查几乎无从做起。一旦遇到这种需要大规模的修改的情况,Erlang程序便很容易产生差错。因为一旦有所遗漏,系统便无法正常执行下去了。

  您对Erlang的感觉如何?这是一门会影响您编程思维的语言。老赵建议,即使您平时不会使用Erlang,也不妨简单接触一下这门语言。它的并发或容灾等特性给了我许多启示。相信您会有不少收获。

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