关于物联网:Hamler-02-正式发布-OTP-Behaviours-with-Type-Classes

咱们在这里很快乐地和大家分享 Hamler 0.2 版本公布的音讯！

Hamler 是一门构建在 Erlang 虚拟机 (VM) 上的 Haskell 格调的强类型 (Strongly-typed) 编程语言，独特地联合了编译时的类型查看推导，与对运行时高并发和软实时能力的反对。

Hamler 0.2 现已反对大部分 Erlang 的并发编程个性，包含基于 Actor Model 的 Message Passing Concurrency 和 OTP Behaviours。

1974 年，卡尔 - 休伊特传授发表了论文《Actor model of computation》。文中，他论述了 Actor 作为一个计算实体，它会对收到的音讯作出回应，并能够并发地进行以下操作：

向其余 Actor 发送无限数量的音讯
创立无限数量的新 Actor
指定下一个收到的音讯所要应用的行为

随着多核计算和大规模分布式系统的衰亡，Actor 模型因其人造的并发性、并行性和分布式变得越来越重要。

Hamler/Erlang 中的 Actor 被定义为一个过程，它的工作形式就像一个 OS 过程。每个过程都有本人的内存，由一个 Mailbox、一个 Heap、一个 Stack 和一个蕴含过程信息的 Process Control Block(PCB) 组成。

Erlang 中的过程是十分轻量的，咱们能够在一个正在运行的 Erlang 虚拟机上疾速创立数百万个过程。

“Message passing concurrency（MPS）是两个或多个过程之间没有共享资源状况下的并发，它们通过仅传递音讯进行通信。” Actor Model 就是 MPS 模型的一个实现。

参考资料：

MessagePassingConcurrency

AlanKayOnMessaging

Ping/Pong 示例：

import Prelude
import Control.Process (selfPid)

go :: Process ()
go = do
  self <- selfPid
  pid <- spawn loop
  pid ! (self, :ping)
  receive
    :pong -> println "Pong!"
  pid ! :stop

loop :: Process ()
loop =
  receive
    (from, :ping) -> do
      println "Ping!"
      from ! :pong
      loop
    :stop -> return ()

Receive … after 示例：

go :: Process ()
go = do
  pid <- spawn recvAfter
  pid ! :foo

recvAfter :: Process ()
recvAfter =
  receive
    :bar -> println "recv bar"
  after
    1000 -> println "timeout"

Selective Receive 示例：

go :: Process ()
go = do
  pid <- spawn selectiveRecv
  pid ! :bar
  pid ! :foo

selectiveRecv :: Process ()
selectiveRecv = do
  receive :foo -> println "foo"
  receive :bar -> println "bar"

Hamler 采纳类型类 (TypeClass) 实现 OTP Behaviour。

TypeClass 定义了具备相似 operation 的一组类型。在咱们的实现中，应用 typeclass 来对不同 OTP Behaviour 的类型进行辨别。通过为每个 Behavour 定义一个 typeclass 的形式，咱们对这些 Behaviour 做了某种程度上的形象，并在肯定水平上减少了类型束缚。

Generic Server Behaviour 是对 客户端 - 服务器 关系模型中服务器的形象。如图所示，在该模型的服务器侧，所有的通用操作都能够被封装成为一个模块。与 Erlang 一样，Hamler 将其封装为 GenServer 的模块。不同的是在 Hamler 中 GenServer 由类型类进行定义，它所有的回调函数和参数都必须受到类型束缚，它在具备 Erlang 的 gen_server 个性的同时，也保障了类型的平安。以 handleCall 和 handleCast 为例：

参考资料 Erlang gen_server Behaviour。

GenServer Typeclass

class GenServer req rep st | req -> rep, rep -> st, st -> req where
  handleCall :: HandleCall req rep st
  handleCast :: HandleCast req rep st

A simple Server Example

module Demo.Server
  ( start
  , inc
  , dec
  , query
  ) where

import Prelude
import Control.Behaviour.GenServer
  ( class GenServer
  , HandleCall
  , HandleCast
  , Init
  , startLinkWith
  , initOk
  , call
  , cast
  , noReply
  , reply
  , shutdown
  )
import System.IO (println)

data Request = Inc | Dec | Query
data Reply = QueryResult Integer
data State = State Integer

name :: Atom
name = :server

start :: Process Pid
start = startLinkWith name (init 20)

inc :: Process ()
inc = cast name Inc

dec :: Process ()
dec = cast name Dec

query :: Process Integer
query = do
  QueryResult i <- call name Query
  return i

instance GenServer Request Reply State where
  handleCall = handleCall
  handleCast = handleCast

init :: Integer -> Init Request State
init n = initOk (State n)

handleCall :: HandleCall Request Reply State
handleCall Query _from (State i) = do
  println "Call: Query"
  reply (QueryResult i) (State i)
handleCall _req _from st =
  shutdown :badRequest st

handleCast :: HandleCast Request Reply State
handleCast Inc (State n) = do
  println "Cast: Inc"
  noReply $ State (n+1)
handleCast Dec (State n) = do
  println "Cast: Dec"
  noReply $ State (n-1)
handleCast _ st = noReply st

GenStatem Behaviour 形象了对于 事件驱动的无限状态机(Event-driven Finite State Machine) 中通用的操作。对于该类型的状态机来说，它以触发状态转换的事件作为输出，而在状态转换过程中执行的动作作为输入，并失去新的状态。其模型如下：

State(S) x Event(E) -> Actions(A), State(S')

与 Erlang 中的实现相似，Hamler 应用 GenStatem 类型类对此状态机的通用操作进行封装。在 GenStatem 中仅提供一个事件处理的回调函数。其申明如下：

class GenStatem e s d | e -> s, s -> d, d -> e where
  handleEvent :: HandleEvent e s d

CodeLock FSM Example

module Demo.FSM.CodeLock
  ( name
  , start
  , push
  , stop
  ) where

import Prelude

import Control.Behaviour.GenStatem
  ( class GenStatem
  , Action(..)
  , EventType(..)
  , Init
  , OnEvent
  , initOk
  , handleWith
  , unhandled
  )
import Control.Behaviour.GenStatem as FSM

data Event = Button Integer | Lock
data State = Locked | Opened
data Data = Data
  {code :: [Integer]
  , length :: Integer
  , buttons :: [Integer]
  }

instance Eq State where
  eq Locked Locked = true
  eq Opened Opened = true
  eq _ _ = false

instance GenStatem Event State Data where
  handleEvent = handleWith [(Locked, locked), (Opened, opened)]

name :: Atom
name = :code_lock

start :: [Integer] -> Process Pid
start code = FSM.startLinkWith name (init code)

push :: Integer -> Process ()
push n = FSM.cast name (Button n)

stop :: Process ()
stop = FSM.stop name

init :: [Integer] -> Init Event State Data
init code = initOk Locked d
  where d = Data $ { code = reverse code
                   , length = length code
                   , buttons = []}

locked :: OnEvent Event State Data
locked Cast (Button n) (Data d) =
  let buttons = take d.length [n|d.buttons]
   in if buttons == d.code then
        let actions = [StateTimeout 1000 Lock] in
            FSM.nextWith Opened (Data d{buttons = []}) actions
      else FSM.keep (Data d{buttons = buttons})

locked t e d = unhandled t e Locked d

opened :: OnEvent Event State Data
opened Cast (Button _) d = FSM.keep d

opened Timeout Lock d = do
  println "Timeout Lock"
  FSM.next Locked d

opened t e d = unhandled t e Opened d

Supervisor Behaviour 形象了过程间容错的通用操作，它作为一个非凡的过程，以 监督者(Supervisor) 的角色治理其子过程，并在出现异常时重启相干的子过程，以进步零碎的容错能力。

在 Hamler 中，这类行为被封装为 Supervisor 的类型类，并提供一个 init 回调函数来配置监督者的行为和子过程列表。这里的实现与 Erlang 中的 supervisor 是统一的。

监督者能够监控上文提到的 GenServer 或 GenStatem 生成的过程，同样也能够监控另外一个监督者。这便形成了 监控树(Supervision Tree)。如下图所示：

其中矩形示意一个监督者，圆示意一个工作者（它能够是一个 GenServer，GenStatem 或其它任意的过程）。当有过程异样退出时，监督者会按回调函数中配置的形式进行重启，例如：

‘1’ 示意 one_for_one：仅重启异样退出的子过程。
‘a’ 示意 one_for_all：重启该监督者下所有的子过程。

参考资料：Supervision Principles Erlang Supervisor Behaviour

A Supervisor Example

module Demo.Sup (start) where

import Prelude

import Demo.Event as Event
import Demo.Server as Server
import Demo.FSM.PushButton as FSM
import Control.Behaviour.Supervisor
  ( Init
  , initOk
  , Strategy(..)
  , childSpec
  , startSupWith
  )

name :: Atom
name = :sup

start :: Process Pid
start = startSupWith name init

init :: Init
init = initOk (OneForOne, 10, 100)
  [ childSpec "Demo.Event" Event.start
  , childSpec "Demo.Server" Server.start
  , childSpec "Demo.Statem" FSM.start
  ]

Hamler 函数编程语言从发动即是一个开源我的项目，我的项目托管在 GitHub: https://github.com/hamler-lang/。Hamler 目前由 EMQ – 杭州映云科技有限公司 研发团队主导开发，打算在 2020 年底前公布 0.5 版本用于 EMQ X 6.0 的开发。

EMQ – 杭州映云科技有限公司 致力于成为寰球当先的音讯与流处理开源软件企业，聚焦服务于新产业周期的 5G&IoT、边缘计算 (Edge) 与云计算 (Cloud) 市场。EMQ 研发团队次要采纳 Erlang、Haskell 等函数编程语言，开发高并发、高牢靠、软实时的大规模分布式系统。

版权申明：本文为 EMQ 原创，转载请注明出处。

原文链接：https://www.emqx.io/cn/news/hamler-0-2-otp-behaviours-with-type-classes

关于物联网:Hamler-02-正式发布-OTP-Behaviours-with-Type-Classes

对于 Actor Model

Process and Mailbox

Message Passing Concurrency

OTP Behaviours

GenServer Behaviour

GenStatem Behaviour

Supervisor Behaviour

Supervision Tree

欢送退出 Hamler 编程语言社区

EMQ 公司介绍 (非公众号段落)