Erlang

Erlang得名于丹麦数学家及统计学家Agner Krarup Erlang，同时Erlang还可以表示Ericsson Language。Erlang语言由瑞典爱立信电信公司的乔·阿姆斯特朗开始设计，开始于公元一九八零年代。最初是以Prolog程序设计语言为基础，几度改版之后，改成以Joe's Abstract Machine为基础的独立语言执行环境。虽然语言风格仍与Prolog相近，不过因Erlang语言设计的走向，Erlang成为具备函数语言特色的程序设计语言^[5]。

发行版本

1998年起，Erlang发布开放源码版本，称为开源电信平台。开源电信平台采用修改过的Mozilla公共许可证协议发放，同时爱立信仍然提供商业版本的技术支持。目前，Erlang最大的商业用户是爱立信，其他知名用户有北电网络、亚马逊以及T-Mobile等^[6]。

语言特色

• 并行程序设计 在语言中，可以借由spawn/*函数，将特定的函数设置为独立的进程，之后可以做跨进程通信。
• 函数式程序设计 由于Erlang早期以Prolog开发制成，受语言特性影响，即成为函数式语言。
• 单次赋值 每个变量只能跟数据绑一次，所以，不像一般程序设计语言的变量可以多次指定为不同的值。单次赋值的好处是状态单纯，使程序容易阅读。
• 及早求值或严格求值 Erlang基本求值策略为电脑语言中及早求值之特性。而且，可以借由明确使用无参数的λ表达式，将特定函数设置为惰性求值策略。
• 动态数据类型与类型系统 有编译时期的类型检查系统支持。
• 快速失败 在执行时期发生的错误，会由错误位置提交消息，发生错误的进程立刻停止执行。借由进程通讯机制，可以自动传递错误、捕捉错误，使其他进程能够帮助处理错误。
• 代码热更新 由于Erlang是函数语言，可以撰写特定的程序结构，制作即时更换新版函数的机制。
• 脚本语言 Erlang实现提供了脚本执行方式。

Erlang程序结构以函数定义为主。函数是一组将输入分别对应到输出的规则，对应方式遵守数学函数的惯例。此外，Erlang语言由几项构句要素所组成，包括文字(或称原子)、数字、列表、值组、字符、字符串、二进制资料、模块、与特定用途的关键字如fun ... end, if ... end, case ... of ... end, spawn, !, receive ... end等等。以下段落分别列示并举例说明Erlang程序的基本构成部分，涵盖资料格式、表达式格式与内置函数。

资料格式

-module(模組名稱).
-export( [ 函數名稱/參數數目 , 函數名稱/參數數目 , ... ] ).
-import( 模組名稱, [ 函數名稱/參數數目 , 函數名稱/參數數目 , ... ] ).

-compile(export_all).

-define ( 代名 , 資料 ).

? 代名

?MODULE

表达式格式

  原子 ( 變數 , 變數 , ... ) -> 表達式 , 表達式 , ...
在 -> 左邊是函數名稱及搭配的參數列，右邊為函數本體。

  規則 ; 規則 ; ... ; 規則 .
以分號分隔一或多項規則，並最後以句號結束。
同一函數的每一規則必須以相同的原子開頭，並接受相同數量的
參數列。

  原子 ( 資料 , 資料 , ... )
表示函數名稱及搭配的參數列。呼叫符合函數名稱及
相同參數數目的函數。

  原子 ( 變數 , 變數 , ... ) -> 表達式 , 表達式 , ...

  原子 ( 變數 , 變數 , ... ) when 防衛式 -> 表達式 , 表達式 , ...

fun ( 變數 , 變數 , ... ) -> 表達式 , 表達式 , ... end

if 防衛式 -> 表達式, 表達式, ... ;
   防衛式 -> 表達式, 表達式, ... ;
   ......
   防衛式 -> 表達式, 表達式, ...
end

case 表達式 of
   樣式 -> 表達式, 表達式, ... ;
   樣式 -> 表達式, 表達式, ... ;
   ......
   樣式 -> 表達式, 表達式, ...
end

try 表達式 of
   樣式 -> 表達式, 表達式, ... ;
   樣式 -> 表達式, 表達式, ... ;
   ......
   樣式 -> 表達式, 表達式, ...
catch
   樣式(例外) -> 表達式, 表達式, ... ;
   樣式(例外) -> 表達式, 表達式, ... ;
   ......
   樣式(例外) -> 表達式, 表達式, ...
after
   表達式, 表達式, ...
end

receive
   樣式 -> 表達式, 表達式, ... ;
   樣式 -> 表達式, 表達式, ... ;
   ......
   樣式 -> 表達式, 表達式, ...
end

程序代號 ! 訊息

内置函数

开源电信平台包括一个Erlang解释器、一个Erlang编译器、程序节点通信协议、CORBA、一个分布式数据库Mnesia（页面存档备份，存于互联网档案馆）、以及许多程序库^[7]。 内置函数涵盖了各种方面的功能，涵盖了系统命令、资料访问、格式转换、网络通信、图形接口、 ... 等。以下列表介绍几项常用的Erlang内置函数。(参阅文件（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）)

> c:cd("D:\\code").
D:/code/
ok

> c:c(test). % test.erl 必須存在於目錄位置
{ok, test}
> c:c(test1).
./test1.erl:none: ...
error

> io:format("~.8B, ~c, ~s, ~.2f~n", [32, $a, "hello", 3.1416]).
40, a, hello, 3.14
ok

> lists:sublist("Hello, World!", 2, 2).  
"el"

这是输出 Hello World 的一种方式：^[8]

-module(hello).
-export([hello_world/0]).

hello_world() -> io:fwrite("hello, world\n").

若要编译这个程序，将它存为一个名为 hello.erl 的文字档，然后从 Erlang终端 进行编译。不要忘了在每个命令的最后加上一个句号（.）。例如：

Erlang (BEAM) emulator version 4.9.1 [source]
Eshell V4.9.1  (abort with ^G)
1> c(hello).
{ok,hello}

（在 Unix系统 上，你可以通过在命令行里输入 "erl" 来进入 Erlang终端。在 Windows系统 上，你需要打开一个 命令提示符 视窗，然后输入 "werl"来进入 Erlang终端，或者在程序功能表中找到 Erlang 的图标。）从 Erlang终端 上运行这个程序：

2> hello:hello_world().
hello, world
ok

Erlang支持函数式程序设计的一般特色，特色包括单次赋值、递归定义、λ演算与高阶函数等等。Erlang函数大致写法如下，以整数阶乘模块为例：

-module(fact).
-export([fac/1]).

fac(N) when N > 1 ->
    N * fac(N-1);
fac(1) ->
    1.

以下是快速排序算法的Erlang实现：

%% 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]).

以下是费氏数列求解函数：

-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]

函数式程序设计难免以递归计算，而消耗了大量递归堆栈空间。为了克服这个问题，一般使用累积参数与尾部递归等技巧节省递归数目：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]

函数式程序设计容许使用高阶函数求解。以下例子说明Erlang实做复合函数。 ( f o g ，念作 f after g 。)

'After'(F, G) ->
     fun(X) ->
         erlang:apply(F, [erlang:apply(G, [X])])
     end.

• 请注意after是Erlang关键字。因此，以上函数命名为′After′避开关键字。

> (example:'After'(fun test:show/1, fun test:parse/1))(3.1416).
Real number 3.141600 is met.
ok

Erlang最主要的特色是面向并发程序设计，强调多程序平行运作，并且以消息对彼此沟通^[9]。Erlang提供了spawn函数和 ! 、 receive ... end 等关键字，可以描述在Erlang/开源电信平台中的如何启动一些程序、并且如何让程序传递消息。此外，面向并发程序设计的精神还强调程序的容错处理，借由程序发生错误时的消息传递，使其他程序可以得知错误的发生，使方便于后续处理。以下分别介绍面向并发程序设计的一般程序撰写方式，以及错误处理的使用方式。

面向并发程序设计

基本的平行程序示范如下：

• 以下启动一个程序。

% create process and call the function web:start_server(Port, MaxConnections)
ServerProcess = spawn(web, start_server, [Port, MaxConnections]),

• 以下是在任何程序中，对先前起动的程序送一则消息 {pause, 10} 。

% send the {pause, 10} message (a tuple with an atom "pause" and a number "10")
% to ServerProcess (asynchronously)
ServerProcess ! {pause, 10},

• 以下是一段接收消息的程序。每个程序都拥有一份邮箱，可伫留收到的消息； receive ... end 程序片断是从程序的邮箱中取出最早伫留的消息。

% 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: ..." 。

以下程序，示范产生一组环状传递消息的程序。

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。

如果发送任何其他消息，就会让所有的程序不断对下一个程序传递消息。而以下是测试发送stop消息的执行结果。

> [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>
>

容错处理

Erlang容错处理机制，由二个步骤实现：一是将二个程序连接起来，二者之间存在一道通信管道，可提供错误消息的传递 ── 在此使用link/1函数；二是将程序回报错误的机制打开 ── 在此使用process_flag/2函数。

• 使用link(Pid)让程序连接到另一个程序。

-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。

但以上程序还不会有错误消息的传递机制，因为回报错误的开关还没有打开。

• 开启程序回报错误机制。

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),
    ... .

于是，当程序结束时，会提交{'EXIT', From, Reason}资料。程序正常结束时，Reason为normal。

另外，spawn函数另外有程序连接版本，spawn_link函数，同时启动并连接到新程序。

Erlang提供分布式机制，能在另一台电脑启动一些Erlang程序，并由本机电脑对其他电脑的Erlang程序传递消息。

• 当启动Erlang环境时，加上一个网络节点名称，就进入分布式Erlang模式。节点可以使用端口号与其他节点通信。

$> erl -name node_1

• 在同一个网域中，网络节点名称可以使用短名。

$> erl -sname node_1

启动新的网络节点时，Erlang使用epmd (Erlang端口号对应管理系统) 指派端口号，提供节点使用。

当知道一个网络节点名称时，可以在该节点产生新程序。

• 在指定节点RemoteNode启动一个程序，spawn启动参数依序为节点名称、模块名称、函数名称、函数的参数表。

% 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 / 开源电信平台提供的程序库，于分布式程序设计可以使用net_adm、net_kernel、slave、... 等模块，做网络通信^[10]。

惰性求值

Erlang程序员可以使用惰性求值。不过，必须使用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编写的三维计算机图形软件。
• YAWS（页面存档备份，存于互联网档案馆），以Erlang编写的高效HTTP服务器。
• DISCO（页面存档备份，存于互联网档案馆），以Erlang编写的MapReduce架构系统。
• Apache CouchDB（页面存档备份，存于互联网档案馆），以Erlang编写的MapReduce文件式数据库系统。
• RabbitMQ（页面存档备份，存于互联网档案馆），能搭配Erlang运作的消息队列系统。
• 开放电信平台
• WhatsApp：其后端服务器应用使用了Erlang及FreeBSD^[11]。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中文社区 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）

1. ^ Release 25.3. 2023年3月8日 [2023年3月13日]. 
2. ^ 18:30. [2018-05-05]. （原始内容存档于2017-07-15）. 
3. ^ Releases. [2021-09-22]. （原始内容存档于2021-08-18）. 
4. ^ High Performance Erlang. [2008-04-13]. （原始内容存档于2011-06-16）. 
5. ^ Coders At Work. Book introduction. [2010-08-30]. （原始内容存档于2010-03-05）. 见Coders At Work一书对Joe Armstrong的口述记录。
6. ^ 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
7. ^ 存档副本. [2010-09-03]. （原始内容存档于2011-05-12）. 
8. ^ 译自官网 http://www.erlang.org/faq/getting_started.html （页面存档备份，存于互联网档案馆）
9. ^ 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. 
10. ^ 参考分布式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）
11. ^ Erlang及FreeBSD存档副本. [2014-02-22]. （原始内容存档于2014-02-25）. 

• Erlang开放源码版本（页面存档备份，存于互联网档案馆）（英文）
• Erlang爱立信授权版本（页面存档备份，存于互联网档案馆）（英文）
• 因应软件错误建构可靠的分布式系统（页面存档备份，存于互联网档案馆） （页面存档备份，存于互联网档案馆）（英文）
• 开放式目录计划中和Erlang相关的内容
• Erlang教学（页面存档备份，存于互联网档案馆）