程序語(yǔ)言的新星:走近Erlang的世界
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認(rèn)識(shí)Erlang
Erlang并非一門(mén)新語(yǔ)言，它出現(xiàn)于1987年，只是當(dāng)時(shí)對(duì)并發(fā)、分布式需求還沒(méi)有今天這么普遍，當(dāng)時(shí)可謂英雄無(wú)用武之地。Erlang語(yǔ)言創(chuàng)始人Joe Armstrong當(dāng)年在愛(ài)立信做電話(huà)網(wǎng)絡(luò)方面的開(kāi)發(fā)，他使用Smalltalk，可惜那個(gè)時(shí)候Smalltalk太慢，不能滿(mǎn)足電話(huà)網(wǎng)絡(luò)的高性能要求。但Joe實(shí)在喜歡Smalltalk，于是定購(gòu)了一臺(tái)Tektronix Smalltak機(jī)器。但機(jī)器要兩個(gè)月時(shí)間才到，Joe在等待中百無(wú)聊賴(lài)，就開(kāi)始使用Prolog，結(jié)果等Tektronix到來(lái)的時(shí)候，他已經(jīng)對(duì) Prolog更感興趣，Joe當(dāng)然不滿(mǎn)足于精通Prolog，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的試驗(yàn)，Joe給Prolog加上了并發(fā)處理和錯(cuò)誤恢復(fù)，于是Erlang就誕生了。這也是為什么Erlang的語(yǔ)法和Prolog有不少相似之處，比如它們的List表達(dá)都是[Head | Tail]。
1987年Erlang測(cè)試版推出，并在用戶(hù)實(shí)際應(yīng)用中不斷完善，于1991年向用戶(hù)推出第一個(gè)版本，帶有了編譯器和圖形接口等更多功能。1992年，Erlang迎來(lái)更多用戶(hù)，如RACE項(xiàng)目等。同期Erlang被移植到 VxWorks、PC和 Macintosh等多種平臺(tái)，兩個(gè)使用Erlang的產(chǎn)品項(xiàng)目也開(kāi)始啟動(dòng)。1993愛(ài)立信公司內(nèi)部獨(dú)立的組織開(kāi)始維護(hù)和支持Erlang實(shí)現(xiàn)和 Erlang工具。
目前，隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的興起，對(duì)高并發(fā)、分布部署、持續(xù)服務(wù)的需求增多，Erlang的特性剛好滿(mǎn)足這些需求，于是Erlang開(kāi)始得到更多人的關(guān)注。
Erlang特性
Erlang是一種函數(shù)式語(yǔ)言，使用Erlang編寫(xiě)出的應(yīng)用運(yùn)行時(shí)通常由成千上萬(wàn)個(gè)輕量級(jí)進(jìn)程組成，并通過(guò)消息傳遞相互通訊。使用Erlang來(lái)編寫(xiě)分布式應(yīng)用比其它語(yǔ)言簡(jiǎn)單許多，因?yàn)樗姆植际綑C(jī)制是透明的，即對(duì)于程序而言并不知道自己是在分布式運(yùn)行。Erlang運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)虛擬機(jī)，有點(diǎn)類(lèi)似于Java虛擬機(jī)，代碼一經(jīng)編譯，同樣可以隨處運(yùn)行。它的運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)甚至允許代碼在不被中斷的情況下更新。另外如果需要更高效的話(huà)，字節(jié)代碼也可以編譯成本地代碼運(yùn)行。
Erlang的結(jié)構(gòu)圖
相較于其它語(yǔ)言，Erlang有很多天生的適應(yīng)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求的特性:
◆并發(fā)性，Erlang具有超強(qiáng)的輕量級(jí)進(jìn)程，這種進(jìn)程對(duì)內(nèi)存的需求是動(dòng)態(tài)變化的，并且它沒(méi)有共享內(nèi)存和通過(guò)異步消息傳送的通訊。Erlang支持超大量級(jí)的并發(fā)線(xiàn)程，并且不需要操作系統(tǒng)具有并發(fā)機(jī)制。
◆分布式，Erlang被設(shè)計(jì)用于運(yùn)行在分布式環(huán)境下。一個(gè)Erlang虛擬機(jī)被成為Erlang節(jié)點(diǎn)。一個(gè)分布式Erlang系統(tǒng)是多個(gè)Erlang節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)（通常每個(gè)處理器被作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)）。一個(gè)Erlang節(jié)點(diǎn)能夠創(chuàng)建運(yùn)行在其它節(jié)點(diǎn)上的并行線(xiàn)程，而其它節(jié)點(diǎn)可以使用其余的操作系統(tǒng)。線(xiàn)程依賴(lài)不同節(jié)點(diǎn)之間的通訊，這完全和它依賴(lài)于單一節(jié)點(diǎn)一樣。
◆ 軟實(shí)時(shí)性 Erlang支持可編程的“軟”實(shí)時(shí)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)需要反應(yīng)時(shí)間在毫秒級(jí)。而在這種系統(tǒng)中，長(zhǎng)時(shí)間的垃圾收集（garbage collection）延遲是無(wú)法接受的，因此Erlang使用了遞增式垃圾收集技術(shù)。
◆ 熱代碼升級(jí) 一些系統(tǒng)不能由于軟件維護(hù)而停止運(yùn)行。Erlang允許程序代碼在運(yùn)行系統(tǒng)中被修改。舊代碼能被逐步淘汰而后被新代碼替換。在此過(guò)渡期間，新舊代碼是共存的。這也使得安裝Bug補(bǔ)丁、在運(yùn)行系統(tǒng)上升級(jí)而不干擾系統(tǒng)操作成為了可能。
◆ 遞增式代碼裝載 用戶(hù)能夠控制代碼如何被裝載的細(xì)節(jié)。在嵌入式系統(tǒng)中，所有代碼通常是在啟動(dòng)時(shí)就被完全裝載。而在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中，代碼是按需裝載的，甚至在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)被裝載。如果測(cè)試到了未覆蓋的Bug，只需替換具有Bug的代碼即可。
Erlang應(yīng)用場(chǎng)合
未來(lái)的計(jì)算是并發(fā)計(jì)算?，F(xiàn)今甚至桌面CPU也是多核的，當(dāng)用戶(hù)給服務(wù)器購(gòu)買(mǎi)了越來(lái)越多的CPU時(shí)，他們更期望能最大限度地利用他們的新投資，但是今天的許多軟件系統(tǒng)并不能很好地做到這一點(diǎn)。
整個(gè)軟件行業(yè)也在發(fā)生重大變革，由賣(mài)工具軟件轉(zhuǎn)向賣(mài)服務(wù)（軟件免費(fèi)，這也是開(kāi)源軟件興起的過(guò)程），由單純客戶(hù)端向B/S或C/S轉(zhuǎn)化，相應(yīng)的存儲(chǔ)和計(jì)算向服務(wù)器端轉(zhuǎn)移，由原來(lái)的PC客戶(hù)端向客戶(hù)端多元化（如手機(jī)、PDA、電視機(jī)頂盒等）轉(zhuǎn)化。這些變革趨勢(shì)，使得用戶(hù)可以更方便地訪(fǎng)問(wèn)到服務(wù)的同時(shí)，服務(wù)器也要承受越來(lái)越高的負(fù)荷，并行/分布的需求逐漸增加。
Erlang語(yǔ)言不是用來(lái)解決所有問(wèn)題的語(yǔ)言，至少現(xiàn)在還不是。Erlang最初專(zhuān)門(mén)為通信應(yīng)用設(shè)計(jì)的，比如控制交換機(jī)或者變換協(xié)議等，非常適合于構(gòu)建分布式，實(shí)時(shí)軟并行計(jì)算系統(tǒng)。它是一門(mén)專(zhuān)注的語(yǔ)言，可以適應(yīng)現(xiàn)代服務(wù)器要求高負(fù)荷、高可靠、持續(xù)服務(wù)的需求。它要解決的問(wèn)題域包括:高并發(fā)、分布式、持續(xù)服務(wù)、熱升級(jí)和高可靠等問(wèn)題。
Erlang應(yīng)用實(shí)例
典型的Erlang應(yīng)用是由很多被分配不同任務(wù)的“節(jié)點(diǎn)(Node)”組成的“集群 (Cluster)”。一個(gè)Erlang節(jié)點(diǎn)就是一個(gè)Erlang虛擬機(jī)的實(shí)例，用戶(hù)可以在一臺(tái)機(jī)器(服務(wù)器、臺(tái)式機(jī)或者筆記本)上運(yùn)行多個(gè)節(jié)點(diǎn)。 Erlang節(jié)點(diǎn)自動(dòng)跟蹤所有連接著的其他節(jié)點(diǎn)。要添加一個(gè)節(jié)點(diǎn)僅僅需要將其指向任何一個(gè)已建節(jié)點(diǎn)就可以了。只要這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)建立了連接，所有其他節(jié)點(diǎn)馬上就會(huì)感應(yīng)到新加入的節(jié)點(diǎn)。Erlang進(jìn)程使用進(jìn)程ID向其他進(jìn)程傳遞報(bào)文，進(jìn)程ID包含著運(yùn)行此進(jìn)程的節(jié)點(diǎn)信息。因此進(jìn)程不需要理會(huì)正在與其交流的其他進(jìn)程實(shí)際在何處運(yùn)行。一組相互連接的Erlang節(jié)點(diǎn)可以看作是一個(gè)網(wǎng)格計(jì)算體或者一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)。
erlang的odbc應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)圖
Yaws是一個(gè)Erlang寫(xiě)的Web服務(wù)器。ErLang本身帶有一個(gè)HTTP Server,叫做inet。Yaws對(duì)于inet，就相當(dāng)于Servlet對(duì)于Http Server。Yaws也可說(shuō)是一個(gè)Web開(kāi)發(fā)框架，Yaws的ehtml類(lèi)似于jsp、 php、ruby template。Yaws并發(fā)能力是Apache的15倍，有人利用16臺(tái)集群服務(wù)器所做的顯示，Yaws可以承受超八萬(wàn)并發(fā)活動(dòng)，Apache在四千就宕機(jī)了。
erlang和ruby的簡(jiǎn)單測(cè)試
Ejabberd也是Erlang很好的應(yīng)用實(shí)例，也是目前可擴(kuò)展性最好的一種 Jabber/XMPP服務(wù)器，支持分布多個(gè)服務(wù)器，并且具有容錯(cuò)處理，單臺(tái)服務(wù)器失效不影響整個(gè)集群運(yùn)作。Ejabberd基于ErLang+ Mnesia構(gòu)建，項(xiàng)目已成功發(fā)展5年，占據(jù)30%左右Jabber服務(wù)器市場(chǎng)。
Tsung則是多協(xié)議分布式壓力測(cè)試工具,可用于測(cè)試Http、Soap、Postgresql和Jabber/XMPP服務(wù)器。而Wings則是一個(gè)3D建模程序，軟件支持Windows、Mac OSX和Linux等操作系統(tǒng)，這兩個(gè)項(xiàng)目都基于Erlang構(gòu)建。
下一個(gè)Java？
Erlang將會(huì)成為一個(gè)非常重要的語(yǔ)言。如果有了大公司的支持，它甚至可能成為下一個(gè)Java。因?yàn)樗莻€(gè)開(kāi)源項(xiàng)目，非常適合多核處理、Web服務(wù)等領(lǐng)域。事實(shí)上，它也是編寫(xiě)在多核機(jī)器上運(yùn)行的高可靠性系統(tǒng)的唯一成熟語(yǔ)言。
Erlang始于20年前，是一個(gè)并發(fā)性Prolog，Joe Armstrong創(chuàng)造了它。第一個(gè)大型Erlang項(xiàng)目是一個(gè)由幾百人創(chuàng)建的電信交換系統(tǒng)，系統(tǒng)有數(shù)百萬(wàn)行代碼。系統(tǒng)主要關(guān)注的就是可靠性，并且系統(tǒng)有難以置信的可靠性歷史。據(jù)Joe介紹，“它有99.9999999%的可靠性”。
這意味著每10億秒才有1秒宕機(jī)時(shí)間，或者說(shuō)10億分鐘有1分鐘宕機(jī)時(shí)間。十億秒大概是30年，10億分鐘大概有2000年。99.999%的可靠性大概是每年宕機(jī)5分鐘，這已經(jīng)是很好的了。了解可靠性的人都知道，可靠性系統(tǒng)有 99.9999%的，甚至99.99999%的，但是估計(jì)沒(méi)聽(tīng)過(guò)有99.9999999%可靠性的，可基于Erlang的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了。
但這還不是令Erlang壯大的理由，因?yàn)椴皇鞘裁慈硕缄P(guān)注可靠性。也不是因?yàn)?nbsp;Erlang是一個(gè)函數(shù)式語(yǔ)言，更不是并行Erlang是個(gè)面向?qū)ο笳Z(yǔ)言。其發(fā)展迅速的主要原因是唯一一個(gè)有可靠實(shí)現(xiàn)和完善類(lèi)庫(kù)的成熟的并行開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，在不久的將來(lái)所有的桌面系統(tǒng)、筆記本電腦都將是多核的，而要讓程序在多核上更快的運(yùn)行就要使程序能充分利用多核處理的能力。
Erlang帶有一組類(lèi)庫(kù)。多數(shù)類(lèi)庫(kù)是用于構(gòu)建各類(lèi)Internet服務(wù)的。 Erlang有Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)。Erlang社區(qū)認(rèn)為它是構(gòu)建可靠Web服務(wù)器和Web服務(wù)的首選語(yǔ)言。Erlang是一個(gè)構(gòu)建可靠系統(tǒng)的框架/平臺(tái)，它構(gòu)建的平臺(tái)可以持續(xù)運(yùn)行而無(wú)需關(guān)閉，可以每天更新軟件，甚至可以定期的更換硬件。這些特性是電信應(yīng)用所需要的，它還是在線(xiàn)銀行、在線(xiàn)商城等各類(lèi)在線(xiàn)應(yīng)用所迫切需要的。
Joe Armstrong最近寫(xiě)了本書(shū)《Programming.Erlang》,所有關(guān)注Erlang的人都值得一讀。Erlang符合所有面向?qū)ο笳Z(yǔ)言特性，雖然它是個(gè)函數(shù)式語(yǔ)言，而不是面向?qū)ο笳Z(yǔ)言。Erlang區(qū)分與面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的一個(gè)方面就是它的錯(cuò)誤處理。在某消息出錯(cuò)時(shí)，進(jìn)程不是拋出出錯(cuò)的部分，而是直接進(jìn)程糾錯(cuò)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)為底部是工作進(jìn)程（它們可能會(huì)失?。?，上層是管理進(jìn)程，它們可以重新啟動(dòng)失敗的進(jìn)程。
我不相信其它語(yǔ)言能迅速趕上Erlang。對(duì)其它語(yǔ)言而言，加入像Erlang這樣的語(yǔ)言特征是很容易的。但這將花費(fèi)他們大量的時(shí)間構(gòu)建一個(gè)高質(zhì)量的VM和成熟的并發(fā)性與可靠性類(lèi)庫(kù)。因此Erlang很自然會(huì)成功。如果將來(lái)要在多核系統(tǒng)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)，Erlang是非常理想的選擇。
Erlang在中國(guó)
目前，Erlang在全球都還是個(gè)小眾語(yǔ)言，其在中國(guó)影響力就更小了，好在有國(guó)內(nèi)的 Erlang愛(ài)好者已經(jīng)組織起來(lái)，在進(jìn)行相關(guān)的工作，成立了Erlang-china.org，發(fā)布了部分Erlang相關(guān)中文文檔，并且組織了兩次 Erlang愛(ài)好者聚會(huì)，Erlang-China.org將繼續(xù)為對(duì)Erlang感興趣的中文用戶(hù)提供便利，促進(jìn)用戶(hù)彼此之間的交流，推動(dòng)對(duì)這一語(yǔ)言的深入研究，促成一些Erlang開(kāi)源項(xiàng)目，幫助中文用戶(hù)為整個(gè)Erlang社區(qū)做出貢獻(xiàn)。
Erlang沒(méi)有類(lèi)似Java、C++的語(yǔ)法，它不是面向?qū)ο笳Z(yǔ)言，它是函數(shù)編程語(yǔ)言(Functional programming Language)。大量程序員并不熟悉函數(shù)式編程，我們的計(jì)算機(jī)教育里也都是基于面向?qū)ο蠛兔嫦蜻^(guò)程語(yǔ)言的，這會(huì)是所有想嘗試Erlang的用戶(hù)遇到的首要問(wèn)題，這會(huì)使得培訓(xùn)成本加大，決策人員也需要足夠勇氣來(lái)選擇一個(gè)新語(yǔ)言來(lái)構(gòu)建應(yīng)用。
另外，Erlang雖然內(nèi)建了并行、分布的支持，但是程序員還需要學(xué)習(xí)和掌握并行的思維模式，并行的思維模式也許是更加難以跨越的門(mén)檻。
要解決計(jì)算時(shí)代，可伸縮性、容錯(cuò)性以及運(yùn)行時(shí)可更新系統(tǒng)需求，就目前而言，只有 Erlang語(yǔ)言可以很好的解決。Erlang語(yǔ)言也正面臨這一場(chǎng)大的變革，從默默無(wú)聞走向更多人視野，會(huì)向更廣的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域滲透。也許，不久的將來(lái)，當(dāng)你聽(tīng)到Erlang時(shí)，就如同聽(tīng)說(shuō)Java一樣平常。
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