Erlang的OTP behaviour是对一些通用编程模式的抽象,在用Erlang 语言做开发时可以在behavior基础上快速构建出可用且可靠的功能.OTP behaviour包含gen_server gen_event gen_fsm supervisor.其中绝大多数情况下都是在使用gen_server,supervisor本身也是使用gen_server实现的.我们就以gen_server做为起点,逐步学习Erlang OTP.

模式的模式

gen_server gen_event等等是基于进程来实现具有特定功能的模块,它们可以称之为面向功能的模式;Erlang的世界观是"一切皆为进程",进程是Erlang的基础设施,不管要完成什么功能,进程都会遵循通用的行为模式,这些进程模式模式可以称为模式的模式;我们直接使用进程做开发的时候会遵循这个模式,behavior的实现同样遵循进程模式.下面我们要看一下使用进程开发的共同点与不同点,了解共同点方便我们识别出模式和骨架(skeleton),了解不同点方便我们设计回调接口来获得灵活性.

进程的共同点

创建进程的时候会有哪些通用操作?①注册别名,②新创建的进程首先会初始化进程的循环状态数据(loop data).循环状态数据存放在变量中,这个变量被成为进程状态(process state).③进程状态会传递给loop方法.进程在运行状态通过loop方法来实现状态循环,loop方法的职责就是receive-evaluate,接受到消息,处理,更新进程状态,并把进程状态作为尾递归的参数传递回去.如果进程接收到stop消息,进程就进行清理并终止.

进程之间的差异

①创建进程传递给spawn的参数不同 ②是否要注册别名,注册哪种别名 ③进程的初始化化过程会因进程的功能不同而异 ④存储进程状态这一处理是通用的,但是进程状态在不同进程是不拘一格的; ⑤receive-evaluate loop方法是通用的,但是接受的消息和具体的处理行为不尽相同 ⑥进程终止清理逻辑也都不同

袋鼠书《Erlang Programming》里面的有一张图很好的描述了进程通用模型:

Erlang/OTP gen_server

Behaviours are formalizations of these common patterns. The idea is to divide the code for a process in a generic part (a behaviour module) and a specific part (a callback module).

behavior是进程模式的规范化,把代码分成两部分,一部分是通用部分(behavior模块),一部分是定制部分(回调模块).对于gen_server就是要把client/server的模型进行一个抽象和封装,把behavior和回调模块需要完成的职责分离开;我们上面分析过了进程的共同点和差异,显然共同点要放在behavior中,差异的部分要放在回调模块中实现.另外,针对client/server模型,功能上的共同点就是会有阻塞调用和非阻塞调用两种,那么这两种调用的接口是通用的,但是具体接口的实现是不同的,因此接口部分定义在behavior,接口的实现部分放在回调模块实现.

-module(server_template).



-export([start/1]).

-export([call/2, cast/2]).

-export([init/1]).



%%通用进程模式

start(Mod) ->

spawn(server_template, init, [Mod]).



init(Mod) ->

register(Mod, self()),

State = Mod:init(),

loop(Mod, State).



loop(Mod, State) ->

receive

{call, From, Req} ->

{Res, State2} = Mod:handle_call(Req, State),

From ! {Mod, Res},

loop(Mod, State2);

{cast, Req} ->

State2 = Mod:handle_cast(Req, State),

loop(Mod, State2);

stop ->   

stop   

end.



%% 接口部分  

call(Name, Req) ->

Name ! {call, self(), Req},

receive

{Name, Res} ->

Res

end.

cast(Name, Req) ->

Name ! {cast, Req},

ok.

这样一个gen_server的代码骨架就出来了,甚至现在已经可以基于这个简单的骨架来实现一个server了.我们就使用OTP文档常用的alloc_free的例子:

-module(server_demo).

-export([start/0]).

-export([alloc/0, free/1]).

-export([init/0, handle_call/2, handle_cast/2]).



start() ->

server_template:start(server_demo).



alloc() ->

server_template:call(server_demo, alloc).

free(Ch) ->

server_template:cast(server_demo, {free, Ch}).



init() ->

channels().



handle_call(alloc, Chs) ->

alloc(Chs). 

handle_cast({free, Ch}, Chs) ->

free(Ch, Chs). 



channels() ->

{_Allocated = [], _Free = lists:seq(1,100)}.

alloc({Allocated, [H|T] = _Free}) ->

{H, {[H|Allocated], T}}.

free(Ch, {Alloc, Free} = Channels) ->

case lists:member(Ch, Alloc) of

true ->

{lists:delete(Ch, Alloc), [Ch|Free]};

false ->

Channels

end.

这个例子已经可以运行了

(demo@192.168.1.123)1> server_demo:start().
<0.38.0>
(demo@192.168.1.123)2> server_demo:alloc().
1
(demo@192.168.1.123)3> server_demo:alloc().
2
(demo@192.168.1.123)4> server_demo:alloc().
3
(demo@192.168.1.123)5> server_demo:alloc().
4
(demo@192.168.1.123)6> server_demo:free(1).
ok

下面是一个gen_server的代码模板,可以看到这个模板实际上是给出了我们需要完成的回调函数;与上面简陋的demo不同的是,下面的模板包含更多可以定制的内容:

进程如何启动
如何处理同步请求 Synchronous Requests - Call
如何处理异步请求 Asynchronous Requests - Cast
通用消息处理 handle_info
如何处理进程终止
如何进行代码版本替换
gen_server module            Callback module
-----------------                        ---------------
gen_server:start_link -----> Module:init/1
gen_server:call
gen_server:multi_call -----> Module:handle_call/3
gen_server:cast
gen_server:abcast     -----> Module:handle_cast/2
-                     -----> Module:handle_info/2
-                     -----> Module:terminate/2
-                     -----> Module:code_change/3

%%gen_server代码模板



-module(new_file).



-behaviour(gen_server).

% --------------------------------------------------------------------

% Include files

% --------------------------------------------------------------------



% --------------------------------------------------------------------

% External exports

-export([]).



% gen_server callbacks

-export([init/1, handle_call/3, handle_cast/2, handle_info/2, terminate/2, code_change/3]).



-record(state, {}).







% --------------------------------------------------------------------

% Function: init/1

% Description: Initiates the server

% Returns: {ok, State}          |

%          {ok, State, Timeout} |

%          ignore               |

%          {stop, Reason}

% --------------------------------------------------------------------

init([]) ->

{ok, #state{}}.



% --------------------------------------------------------------------

% Function: handle_call/3

% Description: Handling call messages

% Returns: {reply, Reply, State}          |

%          {reply, Reply, State, Timeout} |

%          {noreply, State}               |

%          {noreply, State, Timeout}      |

%          {stop, Reason, Reply, State}   | (terminate/2 is called)

%          {stop, Reason, State}            (terminate/2 is called)

% --------------------------------------------------------------------

handle_call(Request, From, State) ->

Reply = ok,

{reply, Reply, State}.



% --------------------------------------------------------------------

% Function: handle_cast/2

% Description: Handling cast messages

% Returns: {noreply, State}          |

%          {noreply, State, Timeout} |

%          {stop, Reason, State}            (terminate/2 is called)

% --------------------------------------------------------------------

handle_cast(Msg, State) ->

{noreply, State}.



% --------------------------------------------------------------------

% Function: handle_info/2

% Description: Handling all non call/cast messages

% Returns: {noreply, State}          |

%          {noreply, State, Timeout} |

%          {stop, Reason, State}            (terminate/2 is called)

% --------------------------------------------------------------------

handle_info(Info, State) ->

{noreply, State}.



% --------------------------------------------------------------------

% Function: terminate/2

% Description: Shutdown the server

% Returns: any (ignored by gen_server)

% --------------------------------------------------------------------

terminate(Reason, State) ->

ok.



% --------------------------------------------------------------------

% Func: code_change/3

% Purpose: Convert process state when code is changed

% Returns: {ok, NewState}

% --------------------------------------------------------------------

code_change(OldVsn, State, Extra) ->

{ok, State}.

进程如何启动

通常实现一个gen_server的应用,我们会暴露出来start,start_link方法,start是为了启动独立的(stand_alone)gen_server,start_link是用于在监控树中启动gen_server;start/start_link方法会①调用指定的init/1函数,返回值是{ok,State};②指定是否注册name,以及注册何种name,是{local, Name}还是 {global, Name} ③指定gen_server启动选项,这个启动选项是何种格式?其实就是spawn_opt,比如{spawn_opt,[{fullsweep_after,5000},{min_heap_size, 1000}]};我曾经介绍过proc_lib http://www.cnblogs.com/me-sa/archive/2011/11/22/erlang0017.html 要查看spawn_opt所有可用的配置项? 点击这里:http://www.erlang.org/doc/man/erlang.html#spawn_opt-4

gen_server:start(Mod, Args, Options)
gen_server:start(Name, Mod, Args, Options)
gen_server:start_link(Mod, Args, Options)
gen_server:start_link(Name, Mod, Args, Options)

注意上面的启动过程都是同步的,需要完成初始化之后才开始接收请求,这个[Erlang 0017]Erlang/OTP基础模块 proc_lib 我们已经讨论过是如何实现的;注意gen_server并没有自动进行trap_exit,如果需要就要在init函数中添加.同时,有些gen_server在启动的时候可能需要较长的时间,这个可以通过定制{timeout,10000}参数来实现,默认值是5000ms.

如何处理同步请求 Synchronous Requests - Call

gen_server:call(ServerRef, Request) -> Reply
gen_server:call(ServerRef, Request, Timeout) -> Reply
这里的ServerRef 可以是 Name | {Name,Node} | {global,GlobalName} | pid(),由于是阻塞调用,所以要么调用成功返回要么超时返回;我们可以针对特定的请求设定超时的值,做一个更细粒度的超时控制;

如何处理异步请求 Asynchronous Requests - Cast

cast(ServerRef, Request) -> ok

这里要注意的是异步请求会立即返回ok不管目的地节点/gen_server是否存在,看下面的例子:

(erl@192.168.1.123)33> is_process_alive(pid(0,222,0)).
false
(erl@192.168.1.123)34> gen_server:cast(pid(0,222,0),hello).
ok
(erl@192.168.1.123)35> gen_server:call(pid(0,222,0),hello).
** exception exit: {noproc,{gen_server,call,[false,hello]}}
in function gen_server:call/2 (gen_server.erl, line 180)

通用消息处理 handle_info

This function is called by a gen_server when a timeout occurs or when it receives any other message than a synchronous
or asynchronous request (or a system message).

这个方法的定位是处理同步请求,异步请求之外的消息,如果一个消息我们能明确的知道是call还是cast就不要走这里;常见的是用它来接收退出消息:

handle_info({'EXIT', Pid, Reason}, State) ->

..code to handle exits here..
{noreply, State1}.

如何处理进程终止

如果gen_server在监控树中不需要stop函数,gen_server会由其supervisor根据shutdown策略自动终止掉.如果要在进程终止之前执行清理,shutdown策略必须设定一个timeout值而不是brutal_kill并且gen_server要在init设置trap_exit.当被supervisor命令shutdown的时候,gen_server会调用terminnate(shutdown,State),特别注意: 被supervisor终止掉,终止的原因是Reason=shutdown,这个我们之前也

init(Args) ->

...,

process_flag(trap_exit, true),

...,

{ok, State}.

...

terminate(shutdown, State) ->

..code for cleaning up here..

ok.

如果gen_server不是supervisor的一部分,stop方法就很有用了:

...

export([stop/0]).

...

stop() ->

gen_server:cast(ch3, stop).

...

handle_cast(stop, State) ->

{stop, normal, State};

handle_cast({free, Ch}, State) ->

....

...

terminate(normal, State) ->

ok.

通过调用terminate方法,gen_server可以优雅的关闭掉了. 如果结束的消息不是normal,shutdowngen_server就会被认为是异常终止并通过error_logger:format/2产生错误报告.

Note: if any reason other than normal, shutdown or {shutdown, Term} is used whenterminate/2 is called, the OTP framework will see this as a failure and start logging a bunch of stuff here and there for you.

好了,就到这里,休息一下

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1.鹿港小镇 2.恋曲1980 3.童年4.错误 5.摇篮曲 6.之乎者也 7.乡愁四韵　8.将进酒　9.光阴的故事　10.蒲公英

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[Erlang 0023] 理解Erlang/OTP gen_server

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