基於消息傳遞的並發模型

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An object oriented language is a language with good support for objects.

A concurrency oriented language has good support for concurrency.

--Joe Armstrong

兩類通用並發模型：參考七周七並發模型

• 共享內存型Shared Memory
• 線程Threads
• 鎖Locks
• 互斥l量Mutexes
• 消息傳送型（CSP和Actor模型）
• 進程Processes
• 消息Messages
• 不共享數據(狀態)No shared data

重點介紹消息傳送型的兩種模型Actor和CSP（Communicating Sequential Process）的各項對比，主要目的：除了常用的Python、Java等用的並發模型之外，還存在這麼個東西。

先看兩段代碼

代碼示例對比

使用Erlang代碼和Go代碼分別實現列印服務print_server，用來對比模型使用差異

Actor模型-Erlang代碼

%%%-------------------------------------------------------------------%%% @author Suncle%%% @doc%%% print_server%%% @end%%% Created : 2017/12/18 14:53%%%--------------------------------------------------------------------module(print_server).-author("Flowsnow").%% API-export([print_server/0, start_print_server/0, send_msg/2]).print_server() -> receive Msg -> io:format("print_server received msg: ~p~n", [Msg]), print_server() end.start_print_server() -> Pid = spawn(?MODULE, print_server, []), Pid.send_msg(Msg, Pid) -> Pid ! Msg, io:format("send_normal_msg: ~p~n", [Msg]).

Erlang shell輸出結果如下：

1> c("print_server.erl").{ok,print_server}2> Pid = print_server:start_print_server().<0.39.0>3> print_server:send_msg("hello", Pid).send_normal_msg: "hello"print_server received msg: "hello"ok

以上print_server使用的是最原始的Erlang語法實現的，也可以使用OTP gen_server原語實現更加清晰易懂。

CSP模型-Go代碼

print函數從channel讀取消息並阻塞，直到主函數向channel寫入hello消息

package mainimport ( "fmt" "time")func main() { c := make(chan string) go print(c) time.Sleep(1 * time.Second) fmt.Println("main function: start writing msg") c <- "hello" var input string fmt.Scanln(&input)}func print(c <-chan string) { fmt.Println("print function: start reading") fmt.Println("print function: reading: " + <-c) time.Sleep(1 * time.Second)}

輸出結果如下：

D:workspaceGo>go run print_server.goprint function: start readingmain function: start writing msgprint function: reading: hello

模型圖對比

Actor

Actor1發送消息到Actor2的郵箱中，郵箱本質是隊列，由Actor2消費

CSP

Process1在Channel的寫入端添加消息，Process2在channel的讀取端讀取消息

基本特性對比

Actor

1. 基於消息傳遞message-passing
2. 消息和信箱機制：消息非同步發送
3. 保留可變狀態但不共享
4. 失敗檢測和任其崩潰
5. 重點在於發送消息時的實體

CSP

1. 基於消息傳遞message-passing
2. 順序進程Sequential processes
3. 通過channel同步通信Synchronous communication through channels
4. 頻道交替復用Multiplexing of channels with alternation
5. 重點在於發送消息時使用的通道channel

通信語義對比

Actor

Actor1等待消息並阻塞，直到Actor2發送消息給Actor1

Actor2發送消息給Actor3，暫存在Actor3的Mailbox中，直到Actor3接受並處理

CSP

Process1讀取channel因沒有消息阻塞，直到Process2向該channel添加消息

Process2向channel添加消息並阻塞，直到Process3讀取該channel消息

Erlang實現簡易銀行賬戶

使用Erlang原語，代碼如下：