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看Erlang中Actor模型的執(zhí)行方式和優(yōu)劣

Actor模型為并行而生。由于現(xiàn)在單臺機(jī)器中獨(dú)立的計(jì)算單元也越來越多，Actor模型的重要性也越來越大。Actor模型的理念非常簡單：天下萬物皆為Actor，Actor之間通過發(fā)送消息進(jìn)行通信。不同的Actor可以同時(shí)處理各自的消息，從而獲得了大規(guī)模的并發(fā)能力。

Erlang基于Actor模型實(shí)現(xiàn)，我們甚至可以這樣認(rèn)為，沒有Erlang在業(yè)界豎立的豐碑，Actor模型便不會如此受人關(guān)注。目前，幾乎所有的主流開發(fā)平臺上都有了Actor模型的實(shí)現(xiàn)，如Java平臺下的Jetlang以及.NET平臺下的MS CCR和Retlang；還有一些Actor框架專為特定語言設(shè)計(jì)，如F#的MailboxProcessor以及Scala的Actor類庫；甚至微軟還基于MS CCR構(gòu)建了一門新的語言Axum。

不過對于.NET平臺下的開發(fā)人員來說，我們最常用的語言是C#。無論您是在使用MS CCR還是Retlang（亦或是我寫的ActorLite），在消息的執(zhí)行階段總是略顯尷尬。本文的目的便是提出一種適合C# Actor的消息執(zhí)行方式，而這種執(zhí)行方式還會成為我以后公開的C#中“模式匹配”的基礎(chǔ)。

Erlang中的執(zhí)行方式

本文將分為三個(gè)部分，您目前正在閱讀的***部分，將會觀察Erlang是如何執(zhí)行消息的。有對比才會有差距，也正是由于Erlang在Actor模型上的示范作用，我們才會意識到C# Actor在使用上有多么的不方便。

作為示例，我們還是使用最經(jīng)典的乒乓測試。乒乓測試的效果很簡單：ping和pong為兩個(gè)Actor對象，首先由ping向pong發(fā)送一個(gè)“Ping”消息，pong在接受到Ping消息之后，將會向ping發(fā)送一個(gè)“Pong”消息。在雙方“乒來乓去”幾個(gè)回合后，ping將會向pong發(fā)起“Finished”，從而停止交互。

乒乓測試的Erlang的實(shí)現(xiàn)代碼如下：

 
 
 
    
  
  
  
  1. -module(tut15). 
    2. 
  
  
  
  2. 
  
  
  
  3. -export([start/0, ping/2, pong/0]). 
    4. 
  
  
  
  4. 
  
  
  
  5. ping(0, Pong_PID) -> 
    6. 
  
  
  
  6.     Pong_PID ! finished, 
    7. 
  
  
  
  7.     io:format("ping finished~n", []); 
    8. 
  
  
  
  8. 
  
  
  
  9. ping(N, Pong_PID) -> 
    10. 
  
  
  
  10.     Pong_PID ! {ping, self()}, 
    11. 
  
  
  
  11.     receive 
    12. 
  
  
  
  12.         pong -> 
    13. 
  
  
  
  13.             io:format("Ping received pong~n", []) 
    14. 
  
  
  
  14.     end, 
    15. 
  
  
  
  15.     ping(N - 1, Pong_PID). 
    16. 
  
  
  
  16. 
  
  
  
  17. pong() -> 
    18. 
  
  
  
  18.     receive 
    19. 
  
  
  
  19.         finished -> 
    20. 
  
  
  
  20.             io:format("Pong finished~n", []); 
    21. 
  
  
  
  21.         {ping, Ping_PID} -> 
    22. 
  
  
  
  22.             io:format("Pong received ping~n", []), 
    23. 
  
  
  
  23.             Ping_PID ! pong, 
    24. 
  
  
  
  24.             pong() 
    25. 
  
  
  
  25.     end. 
    26. 
  
  
  
  26. 
  
  
  
  27. start() -> 
    28. 
  
  
  
  28.     Pong_PID = spawn(tut15, pong, []), 
    29. 
  
  
  
  29.     spawn(tut15, ping, [3, Pong_PID]). 
    30.

由于Erlang的函數(shù)式編程，尾遞歸，receive原語等特殊的語言特性，其乒乓測試的實(shí)現(xiàn)或語義上可能和其他語言有一定區(qū)別。不過我們現(xiàn)在還是關(guān)注Erlang在消息執(zhí)行時(shí)的特性：模式匹配。

雖然Erlang有諸多優(yōu)秀特性，但是它的數(shù)據(jù)抽象能力非常有限。在Erlang中常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只有三種：

原子（atom）：原子使用小寫開頭的標(biāo)識符來表示。您可以把原子認(rèn)為是一種字符串常量來看待，事實(shí)上它除了作為標(biāo)識之外也沒有額外的作用。

綁定（binding）：大寫開頭的標(biāo)示符則為綁定，您可以近似地將其理解為“只能設(shè)置一次”的變量。一個(gè)綁定內(nèi)部可以保存任何數(shù)據(jù)，如一個(gè)進(jìn)程（Erlang的概念，并非指操作系統(tǒng)進(jìn)程）的id，一個(gè)數(shù)字，或一個(gè)字符串。

元組（tuple）：顧名思義，“元組”即為“單元的組合”，單元即為“原子”，“綁定”以及其他“元組”，通過某種方式結(jié)合起來。如上述代碼中{ping, Ping_PID}便是一個(gè)由原子“ping”和綁定“Ping_PID”組成。當(dāng)然您也可以寫成{do, {ping, Hello, World}, 7}這種嵌套的元組結(jié)構(gòu)。

Erlang中的receive原語的作用是接受下一條消息，直到有可用消息時(shí)它才會執(zhí)行下面的代碼。Erlang使用了模式匹配（Pattern Matching）來表現(xiàn)接受到不同消息時(shí)的邏輯分支。如pong的實(shí)現(xiàn)：

 
 
 
    
  
  
  
  1. pong() -> 
    2. 
  
  
  
  2.     receive 
    3. 
  
  
  
  3.         finished -> 
    4. 
  
  
  
  4.             io:format("Pong finished~n", []); 
    5. 
  
  
  
  5.         {ping, Ping_PID} -> 
    6. 
  
  
  
  6.             io:format("Pong received ping~n", []), 
    7. 
  
  
  
  7.             Ping_PID ! pong, 
    8. 
  
  
  
  8.             pong() 
    9. 
  
  
  
  9.     end.
    10.

在這段代碼中，receive將會設(shè)法將消息與兩種模式進(jìn)行匹配：

原子finished，表示測試結(jié)束。

元組{ping, Ping_PID}，表示一個(gè)元組，其中有兩個(gè)單元，首先是ping原子，其次是Ping_PID綁定。

在成功匹配了某個(gè)模式之后，其中的綁定也會隨之被賦上特定的值。如匹配了{(lán)ping, Ping_PID}之后，Ping_PID便被賦值為ping這個(gè)Actor對象的標(biāo)識符。而在接下來的邏輯中，便可以使用這些“綁定”中的值。由于元組的結(jié)構(gòu)不會受到任何限制，因此開發(fā)人員可以使用它來表示任意的抽象數(shù)據(jù)類型——更確切地說，應(yīng)該是“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”吧。

Erlang的優(yōu)勢與缺陷

Erlang在消息執(zhí)行方式上的優(yōu)勢在于靈活。Erlang是弱類型語言，在實(shí)現(xiàn)的時(shí)候可以任意調(diào)整消息的內(nèi)容，或是模式的要求。在Erlang進(jìn)行模式匹配時(shí)往往有種約定：使用“原子”來表示“做什么”，而使用“綁定”來獲取操作所需要的“數(shù)據(jù)”，這種方式避免了冗余的cast和賦值，在使用的時(shí)候頗為靈活。然而，世上沒有***的事物，Erlang的消息執(zhí)行方式也有缺陷，而且是較為明顯的缺陷。

首先，Erlang的數(shù)據(jù)抽象能力實(shí)在太弱。如果編寫一個(gè)略顯復(fù)雜的應(yīng)用程序，您會發(fā)現(xiàn)程序里充斥著復(fù)雜的元組。您可能會疲于應(yīng)對那些擁有7、8個(gè)單元（甚至跟多）的元組，一個(gè)一個(gè)數(shù)過來到底某個(gè)綁定匹配的是第幾項(xiàng)，它的含義究竟是什么——一旦搞錯(cuò)，程序便會出錯(cuò)，而且想要調(diào)試都較為困難。因此，也有人戲稱Erlang是一門“天生會損害人視力的語言”（令人驚訝的是，那篇文章居然搜不到了，我們只能從搜索引擎上看出點(diǎn)痕跡了）。

而我認(rèn)為，這并不是Erlang語言中***的問題，Erlang中***的問題也是其“弱類型”特性。例如，現(xiàn)在有一個(gè)公用的Service Locator服務(wù)，任意類型的Actor都會像SL發(fā)送一個(gè)消息用于請求某個(gè)Service的位置，SL會在得到請求之后，向請求方發(fā)送一條消息表示應(yīng)答。試想，如果SL的功能需要有所修改，作為回復(fù)的消息結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了變化，那么我們勢必要修改每一個(gè)請求方中所匹配的模式。由于消息的發(fā)送方和接受方在實(shí)際上完全分離，沒有基于任何協(xié)議，因此靜態(tài)檢查幾乎無從做起。一旦遇到這種需要大規(guī)模的修改的情況，Erlang程序便很容易產(chǎn)生差錯(cuò)。因?yàn)橐坏┯兴z漏，系統(tǒng)便無法正常執(zhí)行下去了。

您對Erlang的感覺如何？這是一門會影響您編程思維的語言。老趙建議，即使您平時(shí)不會使用Erlang，也不妨簡單接觸一下這門語言。它的并發(fā)或容災(zāi)等特性給了我許多啟示。相信您會有不少收獲。


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