Erlang

Erlang（/ˈɜːrlæŋ/）是一種通用的并发函数式程序设计语言。Erlang也可以指Erlang/OTP的通稱，開源電信平台（OTP）是Erlang的常用執行環境及一系列標準元件。 Erlang 執行環境為專有以下要求的系統設計： 分散式運算 高故障容許度 軟性即時運算 高可用性、不停運作的應用 熱插拔，可以修改程式而不必停機 Erlang是運作於虛擬機的解释型语言，但是現在也包含有烏普薩拉大學高性能Erlang計劃（HiPE）開發的原生程式碼編譯器，自R11B-4版本開始，Erlang也支持脚本方式执行。在編程範型上，Erlang屬於多重典範程式語言，涵蓋函數式、并行及分布式。循序執行的Erlang是一个及早求值, 單次賦值和动态类型的函數式程式語言。 它由喬·阿姆斯特朗（Joe Armstrong）在瑞典電信設備製造商愛立信所轄的電腦科學研究室開發，目的是創造一種可以應付大規模并發活動的程序设计语言和執行環境。Erlang於1987年釋出正式版本，最早是愛立信擁有的私有軟體，經過十年的發展，於1998年發表開放源碼版本。 Erlang得名於丹麥數學家及統計學家Agner Krarup Erlang，同時Erlang還可以表示Ericsson Language。Erlang語言由瑞典愛立信電信公司的喬·阿姆斯特朗開始設計，開始於公元一九八零年代。最初是以Prolog程序设计语言為基礎，幾度改版之後，改成以Joe's Abstract Machine為基礎的獨立語言執行環境。雖然語言風格仍與Prolog相近，不過因Erlang語言設計的走向，Erlang成為具备函數語言特色的程序设计语言。 1998年起，Erlang發布開放源碼版本，稱為開源電信平台。開源電信平台採用修改過的Mozilla公共許可證協議發放，同時爱立信仍然提供商業版本的技術支持。目前，Erlang最大的商業用户是爱立信，其他知名用户有北電網路、亚马逊以及T-Mobile等。 并行程序设计 在語言中，可以藉由spawn/*函數，將特定的函數設定為獨立的进程，之後可以做跨进程通訊。 函數式程序設計 由於Erlang早期以Prolog開發製成，受語言特性影響，即成為函數式語言。 單次賦值 每個变量只能跟数据綁一次，所以，不像一般程序设计语言的变量可以多次指定為不同的值。單次賦值的好處是狀態單純，使程序容易閱讀。 及早求值或嚴格求值 Erlang基本求值策略為電腦語言中及早求值之特性。而且，可以藉由明確使用無參數的λ表达式，將特定函數設定為惰性求值策略。 动态数据类型與類型系統 有編譯時期的类型檢查系統支持。 快速失败 在執行時期發生的錯誤，會由錯誤位置送出訊息，發生錯誤的进程立刻停止执行。藉由进程通讯机制，可以自動傳遞錯誤、捕捉錯誤，使其他进程能夠幫助處理錯誤。 代码熱更新 由於Erlang是函數語言，可以撰寫特定的程序结构，製作即時更換新版函數的機制。 腳本語言 Erlang實作提供了腳本執行方式。 Erlang程序結構以函數定義為主。函數是一組將輸入分別對應到輸出的規則，對應方式遵守數學函數的慣例。此外，Erlang語言由幾項構句要素所組成，包括文字(或稱原子)、數字、列表、值組、字元、字串、二進位資料、模組、與特定用途的關鍵字如fun ... end, if ... end, case ... of ... end, spawn, !, receive ... end等等。以下段落分別列示並舉例說明Erlang程式的基本構成部份，涵蓋資料格式、表達式格式與內建函數。 開源電信平台包括一個Erlang直譯器、一個Erlang編譯器、程序節點通訊協定、CORBA、一個分散式資料庫Mnesia（页面存档备份，存于互联网档案馆）、以及許多程式庫。 內建函數涵蓋了各種方面的功能，涵蓋了系統命令、資料存取、格式轉換、網路通訊、圖形介面、 ... 等。以下列表介紹幾項常用的Erlang內建函數。(參閱文件（页面存档备份，存于互联网档案馆）或索引 （页面存档备份，存于互联网档案馆）) 這是輸出 Hello World 的一種方式： -module(hello). -export([hello_world/0]). hello_world() -> io:fwrite("hello, world\n"). 若要編譯這個程式，將它存為一個名為 hello.erl 的文字檔，然後從 Erlang終端 進行編譯。不要忘了在每個命令的最後加上一個句號（.）。例如： Erlang (BEAM) emulator version 4.9.1 [source] Eshell V4.9.1 (abort with ^G) 1> c(hello). {ok,hello} （在 Unix系統 上，你可以通過在命令列裡輸入 "erl" 來進入 Erlang終端。在 Windows系統 上，你需要打開一個 命令提示符 視窗，然後輸入 "werl"來進入 Erlang終端，或者在程式功能表中找到 Erlang 的圖示。）從 Erlang終端 上運行這個程式： 2> hello:hello_world(). hello, world ok Erlang支持函數式程式設計的一般特色，特色包括單次賦值、遞迴定義、λ演算與高階函數等等。Erlang函数大致寫法如下，以整數階乘模組为例： -module(fact). -export([fac/1]). fac(N) when N > 1 -> N * fac(N-1); fac(1) -> 1. 以下是快速排序演算法的Erlang實作： %% quicksort:qsort(List) %% Sort a list of items -module(quicksort). -export([qsort/1]). qsort([]) -> []; qsort([Pivot|Rest]) -> qsort([ X || X <- Rest, X =< Pivot]) ++ [Pivot] ++ qsort([ Y || Y <- Rest, Y > Pivot]). 以下是費氏數列求解函數： -module(example). -export([fibo/1]). fibo(N) when N > 1 -> fibo(N-1) + fibo(N-2); fibo(1) -> 1; fibo(0) -> 0. > c(example). {ok,example} > lists:map(fun(X)->example:fibo(X) end, lists:seq(1,10)). [1,1,2,3,5,8,13,21,34,55] 函數式程式設計難免以遞迴計算，而消耗了大量遞迴堆疊空間。為了克服這個問題，一般使用累積參數與尾端遞迴等技巧節省遞迴數目：如以下例子。 -module(test). -export([fibo_accu/1]). fibo_accu(N) -> fibo(N, 0, 1). fibo(N, C1, C2) when N > 2 -> fibo(N-1, C2, C1+C2); fibo(0, _, _) -> 0; fibo(1, _, _) -> 1; fibo(_, C1, C2) -> C1+C2. > c(example). {ok,test} > lists:map(fun(X)->test:fibo_accu(X) end, lists:seq(1,10)). [1,1,2,3,5,8,13,21,34,55] 函數式程式設計容許使用高階函數求解。以下例子說明Erlang實做複合函數。 ( f o g ，唸作 f after g 。) 'After'(F, G) -> fun(X) -> erlang:apply(F, [erlang:apply(G, [X])]) end. 請注意after是Erlang關鍵字。因此，以上函數命名為′After′避開關鍵字。 > (example:'After'(fun test:show/1, fun test:parse/1))(3.1416). Real number 3.141600 is met. ok Erlang最主要的特色是平行導向程式設計，強調多程序平行運作，並且以訊息對彼此溝通。Erlang提供了spawn函數和 ! 、 receive ... end 等關鍵字，可以描述在Erlang/開源電信平台中的如何啟動一些程序、並且如何讓程序傳遞訊息。此外，平行導向程式設計的精神還強調程序的容錯處理，藉由程序發生錯誤時的訊息傳遞，使其他程序可以得知錯誤的發生，使方便於後續處理。以下分別介紹平行導向程式設計的一般程式撰寫方式，以及錯誤處理的使用方式。 基本的平行程式示範如下： 以下啟動一個程序。 % create process and call the function web:start_server(Port, MaxConnections) ServerProcess = spawn(web, start_server, [Port, MaxConnections]), 以下是在任何程式中，對先前起動的程序送一則訊息 {pause, 10} 。 % send the {pause, 10} message (a tuple with an atom "pause" and a number "10") % to ServerProcess (asynchronously) ServerProcess ! {pause, 10}, 以下是一段接收訊息的程式。每個程序都擁有一份郵箱，可佇留收到的訊息； receive ... end 程式片斷是從程序的郵箱中取出最早佇留的訊息。 % receive messages sent to this process receive a_message -> do_something; {data, DataContent} -> handle(DataContent); {hello, Text} -> io:format("Got hello message: ~s", [Text]); {goodbye, Text} -> io:format("Got goodbye message: ~s", [Text]) end. 收到 a_message 結果就是 do_something ；收到 {data, DataContent} 結果會呼叫 handle(DataContent) ； 收到 {hello, Text} 結果教是印出 "Got hello message: ..." ，收到 {goodbye, Text} 結果是印出 "Got goodbye message: ..." 。 以下程式，示範產生一組環狀傳遞訊息的程序。 ring_proc(Funs) -> Ns = lists:seq(1, length(Funs)), [P|Pids] = [ spawn(?MODULE, lists:nth(Nth,Funs),[]) || Nth <- Ns ], [ Pid ! ToPid || {Pid, ToPid} <- lists:zip([P|Pids], Pids++[P]) ]. func() -> receive ToPid -> func_msg_(ToPid) end. func_msg_(ToPid) -> receive stop -> io:format("Stop process ~w~n", [self()]), ToPid ! stop; Message -> io:format("~w: transmit message to ~w~n", [self(), ToPid]), ToPid ! Message, func_msg_(ToPid) end. 接收stop訊息，就對下一個程序送stop訊息；接收到其他任何訊息，就對下一個程序送同樣的訊息。 如果傳送任何其他訊息，就會讓所有的程序不斷對下一個程序傳遞訊息。而以下是測試傳送stop訊息的執行結果。 > [P|_] = example:ring_proc([func,func,func]). [<0.233.0>,<0.234.0>,<0.232.0>] > P ! stop. Stop process <0.233.0> stop Stop process <0.234.0> > Stop process <0.232.0> > Erlang容錯處理機制，由二個步驟實現：一是將二個程序連接起來，二者之間存在一道通訊管道，可提供錯誤訊息的傳遞 ── 在此使用link/1函數；二是將程序回報錯誤的機制打開 ── 在此使用process_flag/2函數。 使用link(Pid)讓程序連接到另一個程序。 -module(example). -compile(export_all). hello() -> Pid = spawn(?MODULE, world, []), link(Pid), ... . 執行時，以 Pid = spawn(example, hello, []) 啟動程序，此程序將啟動另一個程序，並且與它連接。 但以上程式還不會有錯誤訊息的傳遞機制，因為回報錯誤的開關還沒有打開。 開啟程序回報錯誤機制。 以上 hello/0 函數前段使用process_flag/2函數，將trap_exit標籤打開，即可開啟程序回報錯誤機制。 hello() -> process_flag(trap_exit, true), Pid = spawn(?MODULE, world, []), link(Pid), ... . 於是，當程序結束時，會送出{'EXIT', From, Reason}資料。程序正常結束時，Reason為normal。 另外，spawn函數另外有程序連接版本，spawn_link函數，同時啟動並連接到新程序。 Erlang提供分散式機制，能在另一台電腦啟動一些Erlang程序，並由本機電腦對其他電腦的Erlang程序傳遞訊息。 當啟動Erlang環境時，加上一個網路節點名稱，就進入分散式Erlang模式。節點可以使用埠號與其他節點通訊。 $> erl -name node_1 在同一個網域中，網路節點名稱可以使用短名。 $> erl -sname node_1 啟動新的網路節點時，Erlang使用epmd (Erlang埠號對應管理系統) 指派埠號，提供節點使用。 當知道一個網路節點名稱時，可以在該節點產生新程序。 在指定節點RemoteNode啟動一個程序，spawn啟動參數依序為節點名稱、模組名稱、函數名稱、函數的參數列。 % create a remote process and call the function web:start_server(Port, MaxConnections) % on machine RemoteNode RemoteProcess = spawn(RemoteNode, web, start_server, [Port, MaxConnections]), 在遠端節點產生新程序之後，可以使用平行式程式設計的技巧，與遠端程序通訊。 Erlang / 開源電信平台提供的程式庫，於分散式程式設計可以使用net_adm、net_kernel、slave、... 等模組，做網路通訊。 Erlang程式員可以使用惰性求值。不過，必須使用λ演算式，才能做到惰性求值。 以下是惰性求值的一例：假設有個剖析器程式如下，由於及早求值特徵，本程式將不會求解。 expr() -> alt(then(factor(), then(literal($+), factor())), then(factor(), then(literal($-), factor()))). factor() -> alt(then(term(), then(literal($*), term())), then(term(), then(literal($/), term()))). term() -> alt(number(), xthen(literal($(), thenx(expr(), literal($))))). 此處使用λ演算式及適當使用函數名稱表示，就能進行求值。示例如下。 expr() -> fun () -> alt(then(fun factor/0, then(literal($+), fun factor/0)), then(fun factor/0, then(literal($-), fun factor/0))) end. factor() -> fun () -> alt(then(fun term/0, then(literal($*), fun term/0)), then(fun term/0, then(literal($/), fun term/0))) end. term() -> fun () -> alt(number(), xthen(literal($(), thenx(expr(), literal($))))) end. Wings 3D，一个用Erlang编寫的三维計算機圖形軟體。 YAWS（页面存档备份，存于互联网档案馆），以Erlang編寫的高效HTTP伺服器。 DISCO（页面存档备份，存于互联网档案馆），以Erlang編寫的MapReduce架構系統。 Apache CouchDB（页面存档备份，存于互联网档案馆），以Erlang編寫的MapReduce文件式資料庫系統。 RabbitMQ（页面存档备份，存于互联网档案馆），能搭配Erlang運作的訊息佇列系統。 開放電信平台 WhatsApp：其后端服务器应用使用了Erlang及FreeBSD。支持了4.5亿的活跃用户 ejabberd（页面存档备份，存于互联网档案馆）,世界上最流行的XMPP即时通讯服务器 EMQX（页面存档备份，存于互联网档案馆），以Erlang编写的高可用、分布式MQTT消息服务器。 Erlang Central（英文） Erlang Resources 豆瓣小站（页面存档备份，存于互联网档案馆）（简体中文） Erlang中文社區 erlang-china.org（简体中文） Erlang中文教程 erlang-cn.com（页面存档备份，存于互联网档案馆）（简体中文） Erlang中文社区 cnerlang.com（简体中文） Erlang中文 erlang-cn.org（简体中文） Release 27.0.1. 2024年7月10日 [2024年7月19日].  18:30. [2018-05-05]. （原始内容存档于2017-07-15）.  High Performance Erlang. [2008-04-13]. （原始内容存档于2011-06-16）.  Coders At Work. Book introduction. [2010-08-30]. （原始内容存档于2010-03-05）. 見Coders At Work一書對Joe Armstrong的口述記錄。 Who uses Erlang for product development?. Frequently asked questions about Erlang. [2008-04-13]. （原始内容存档于2008-04-19）.  “The largest user of Erlang is Ericsson. Ericsson use it to write software used in telecommunications systems. Many (dozens) projects have used it, a particularly large one is the extremely scalable AXD301 ATM switch.” FAQ中列出的其他用户包括: Nortel、Deutsche Flugsicherung、T-Mobile等 存档副本. [2010-09-03]. （原始内容存档于2011-05-12）.  譯自官網 http://www.erlang.org/faq/getting_started.html （页面存档备份，存于互联网档案馆） Armstrong, Joe. Erlang. Communications of the ACM. September 2010, 53 (9): 68–75. doi:10.1145/1810891.1810910. Erlang is conceptually similar to the occam programming language, though it recasts the ideas of CSP in a functional framework and uses asynchronous message passing.  參考分散式Erlang （页面存档备份，存于互联网档案馆）， http://www.erlang.org/doc/reference_manual/distributed.html （页面存档备份，存于互联网档案馆） Erlang及FreeBSD存档副本. [2014-02-22]. （原始内容存档于2014-02-25）.  Armstrong, Joe. Making reliable distributed systems in the presence of software errors (PDF). Ph.D. Dissertation. 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