Elixir学习笔记——进程(Processes)

在 Elixir 中，所有代码都在进程内运行。进程彼此隔离，彼此并发运行并通过消息传递进行通信。进程不仅是 Elixir 中并发的基础，而且还提供了构建分布式和容错程序的方法。

Elixir 的进程不应与操作系统进程混淆。Elixir 中的进程在内存和 CPU 方面非常轻量级（甚至与许多其他编程语言中使用的线程相比也是如此）。因此，同时运行数万甚至数十万个进程并不罕见。

在本章中，我们将学习生成新进程的基本构造，以及在进程之间发送和接收消息。

生成进程

生成新进程的基本机制是自动导入的 spawn/1 函数：

spawn/1 接受一个函数，它将在另一个进程中执行。

注意 spawn/1 返回一个 PID（进程标识符）。此时，您生成的进程很可能已死。生成的进程将执行给定的函数，并在函数完成后退出：

注意：您可能会获得与我们在代码片段中显示的不同进程标识符。

我们可以通过调用 self/0 来检索当前进程的 PID：

当我们能够发送和接收消息时，进程会变得更加有趣。

发送和接收消息

我们可以使用 send/2 向进程发送消息，并使用 receive/1 接收消息：

当消息发送到进程时，该消息存储在进程邮箱中。receive/1 块会遍历当前进程邮箱，搜索与任何给定模式匹配的消息。receive/1 支持保护和许多子句，例如 case/2。

发送消息的进程不会在 send/2 上阻塞，它会将消息放入收件人的邮箱并继续。特别是，进程可以向自己发送消息。

如果邮箱中没有与任何模式匹配的消息，则当前进程将等待，直到匹配的消息到达。还可以指定超时：

当您已经预计消息在邮箱中时，可以指定 0 的超时。

让我们将所有内容放在一起并在进程之间发送消息：

inspect/1 函数用于将数据结构的内部表示转换为字符串，通常用于打印。请注意，当执行接收块时，我们生成的发送方进程可能已经死亡，因为它的唯一指令是发送消息。

在 shell 中，您可能会发现辅助程序 flush/0 非常有用。它会刷新并打印邮箱中的所有消息。

链接

大多数情况下，我们在 Elixir 中生成进程时，都会将它们生成为链接进程。在展示 spawn_link/1 的示例之前，让我们看看当使用 spawn/1 启动的进程失败时会发生什么：

它只是记录了一个错误，但父进程仍在运行。这是因为进程是孤立的。如果我们希望一个进程中的失败传播到另一个进程，我们应该将它们链接起来。这可以通过 spawn_link/1 完成：

由于进程是链接的，我们现在看到一条消息，表示父进程（即 shell 进程）已收到来自另一个进程的 EXIT 信号，导致 shell 终止。IEx 检测到这种情况并启动新的 shell 会话。

也可以通过调用 Process.link/1 手动完成链接。我们建议您查看 Process 模块以了解进程提供的其他功能。

进程和链接在构建容错系统时起着重要作用。Elixir 进程是独立的，默认情况下不共享任何内容。因此，进程中的故障永远不会崩溃或破坏另一个进程的状态。但是，链接允许进程在发生故障时建立关系。我们经常将进程链接到主管，主管将检测进程何时死亡并代替其启动新进程。

虽然其他语言会要求我们捕获/处理异常，但在 Elixir 中，我们实际上可以允许进程失败，因为我们希望监督者能够正确重新启动我们的系统。“快速失败”（有时称为“让它崩溃”）是编写 Elixir 软件时的常见理念！

spawn/1 和 spawn_link/1 是 Elixir 中创建进程的基本原语。虽然到目前为止我们只使用它们，但大多数时候我们将使用在它们之上构建的抽象。让我们看看最常见的一个，称为任务。

任务

任务建立在 spawn 函数之上，以提供更好的错误报告和自省：

我们使用 Task.start/1 和 Task.start_link/1 而不是 spawn/1 和 spawn_link/1，它们返回 {:ok, pid} 而不仅仅是 PID。这使得任务可以在监督树中使用。此外，Task 提供了便利函数，如 Task.async/1 和 Task.await/1，以及简化分发的功能。

我们将在“Mix 和 OTP 指南”中探索围绕流程的任务和其他抽象。

状态

到目前为止，我们还没有讨论过状态。如果您正在构建一个需要状态的应用程序，例如，保存应用程序配置，或者您需要解析文件并将其保存在内存中，您会将其存储在哪里？

进程是这个问题最常见的答案。我们可以编写无限循环、保持状态以及发送和接收消息的进程。作为示例，让我们编写一个模块，该模块启动新进程，这些进程在名为 kv.exs 的文件中作为键值存储：

请注意，start_link 函数启动一个运行 loop/1 函数的新进程，从一个空映射开始。然后，loop/1（私有）函数等待消息并对每条消息执行适当的操作。我们使用 defp 而不是 def 将 loop/1 设为私有。对于 :get 消息，它会将消息发送回调用者并再次调用 loop/1，以等待新消息。而 :put 消息实际上使用新版本的映射调用 loop/1，并存储给定的键和值。

让我们通过运行 iex kv.exs 来尝试一下：

首先，进程图没有键，因此发送 :get 消息然后刷新当前进程收件箱将返回 nil。让我们发送 :put 消息并重试：

请注意进程如何保持状态，我们可以通过发送进程消息来获取和更新此状态。事实上，任何知道上述 pid 的进程都可以向其发送消息并操纵状态。

还可以注册 pid，为其命名，并允许知道该名称的每个人都向其发送消息：

使用进程来维护状态和名称注册是 Elixir 应用程序中非常常见的模式。但是，大多数时候，我们不会像上面那样手动实现这些模式，而是使用 Elixir 附带的众多抽象之一。例如，Elixir 提供了 Agents，它们是围绕状态的简单抽象。我们上面的代码可以直接写成：

还可以为 Agent.start_link/2 提供 :name 选项，它将自动注册。除了代理之外，Elixir 还提供了用于构建通用服务器（称为 GenServer）、注册表等的 API，所有这些都由底层进程提供支持。这些以及监督树将在“Mix 和 OTP 指南”中进行更详细的探讨，该指南将从头到尾构建一个完整的 Elixir 应用程序。

现在，让我们继续探索 Elixir 中的 I/O 世界。