Hamler 0.2 正式发布，基于 Erlang 与 Haskell 的编程语言

我们在这里很高兴地和大家分享 Hamler 0.2 版本发布的消息！

Hamler 是一门构建在 Erlang 虚拟机(VM)上的 Haskell 风格的强类型(Strongly-typed)编程语言，独特地结合了编译时的类型检查推导，与对运行时高并发和软实时能力的支持。

Hamler 0.2 现已支持大部分 Erlang 的并发编程特性，包括基于 Actor Model 的 Message Passing Concurrency 和 OTP Behaviours。

关于 Actor Model

1974年，卡尔-休伊特教授发表了论文《Actor model of computation》。文中，他阐述了 Actor 作为一个计算实体，它会对收到的消息作出回应，并可以并发地进行以下操作：

• 向其他 Actor 发送有限数量的消息
• 创建有限数量的新 Actor
• 指定下一个收到的消息所要使用的行为

随着多核计算和大规模分布式系统的兴起，Actor 模型因其天然的并发性、并行性和分布式变得越来越重要。

Process and Mailbox

Hamler/Erlang 中的 Actor 被定义为一个进程，它的工作方式就像一个 OS 进程。每个进程都有自己的内存，由一个 Mailbox、一个 Heap、一个 Stack 和一个包含进程信息的 Process Control Block(PCB) 组成。

Erlang 中的进程是非常轻量的，我们可以在一个正在运行的 Erlang 虚拟机上快速创建数百万个进程。

Message Passing Concurrency

“Message passing concurrency（MPS）是两个或多个进程之间没有共享资源情况下的并发，它们通过仅传递消息进行通信。” 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" 

OTP Behaviours

Hamler 采用类型类(TypeClass)实现 OTP Behaviour。

TypeClass 定义了具有类似 operation 的一组类型。在我们的实现中，使用 typeclass 来对不同 OTP Behaviour 的类型进行区分。通过为每个 Behavour 定义一个 typeclass 的方式，我们对这些 Behaviour 做了某种程度上的抽象，并在一定程度上增加了类型约束。

GenServer Behaviour

Generic Server Behaviour 是对 客户端-服务器 关系模型中服务器的抽象。如图所示，在该模型的服务器侧，所有的通用操作都可以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约束，它在具备 Erlang 的 gen_server 特性的同时，也保证了类型的安全。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

GenStatem Behaviour 抽象了对于 事件驱动的有限状态机(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入，而在状态转换过程中执行的动作作为输出，并得到新的状态。其模型如下：

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

与 Erlang 中的实现类似，Hamler 使用 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。其声明如下：

 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

Supervisor Behaviour 抽象了进程间容错的通用操作，它作为一个特殊的进程，以 监督者(Supervisor) 的角色管理其子进程，并在出现异常时重启相关的子进程，以提高系统的容错能力。

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进程列表。这里的实现与 Erlang 中的 supervisor 是一致的。

Supervision Tree

监督者可以监控上文提到的 GenServer 或 GenStatem 生成的进程，同样也可以监控另外一个监督者。这便构成了 监控树(Supervision Tree)。如下图所示：

其中矩形表示一个监督者，圆表示一个工作者（它可以是一个 GenServer，GenStatem 或其它任意的进程）。当有进程异常退出时，监督者会按回调函数中配置的方式进行重启，例如：

• ‘1’ 表示 one_for_one：仅重启异常退出的子进程。
• ‘a’ 表示 one_for_all：重启该监督者下所有的子进程。

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 ] 

欢迎加入 Hamler 编程语言社区

Hamler 函数编程语言从发起即是一个开源项目，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，计划在 2020 年底前发布 0.5 版本用于 EMQ X 6.0 的开发。