探讨erlang消息选择性接收和改进
来源：程序员人生 发布时间：2015-03-16 11:02:20 阅读次数：3487次
从 rabbitMQ 代码中找到 gen_server2 ， 对gen_server进行了1些优化。看到先辈写的博文也提到这个，引发了我的思考。见 gen_server2 - OTP gen_server优化版
。gen_server2 引发的思考
正如 litaocheng 所说的：
gen_server 和 gen_server2 最大的不同是：
gen_server2 收到任何1条消息放到外部的队列中，当VM内部消息队列为空后，才进行消息处理，继续循环
gen_server 收到任何1条消息后，立即进行处理，处理完成后继续循环
其次，还有1个很重要的不同点：
gen_server2 使用的外部队列是带优先级排序的，功能模块本身可以定制消息优先级，乃至直接抛弃消息。（导出 prioritise_call/prioritise_cast/prioritise_info 几个函数实现定制，返回的数值越大优先级越高，返回drop就抛弃消息）
最高优先级是 infinity， 在处理 {system, _From, _Req} 和 {'EXIT', Parent, _R} 使用了这个优先级。
但在博文也援用了Joe' Bog 在merle 所做的测试，看了merle 的代码，没有用到 prioritise_XXX 函数，说明没有明显利用到 gen_server2 优先级控制的好处，那为何能取得不错的效果？（见下图）
讨论 gen_server2 的测试
通过浏览 Joe 在Github写的 merle 代码，很快发现问题：
可以看出，merle 在 handle_call 时都会调用 send_generic_cmd 、send_get_cmd 等类似函数。这些函数实现上都会阻塞进程直到接收到某些特定消息。
下面以 send_generic_cmd 为例做说明：send_generic_cmd(Socket, Cmd) -> gen_tcp:send(Socket, <<Cmd/binary, "
">>), Reply = recv_simple_reply(), Reply.
recv_simple_reply() -> receive {tcp,_,Data} -> string:tokens(binary_to_list(Data), "
"); {error, closed} -> connection_closed after ?TIMEOUT -> timeout end. |
另外，gen_tcp:send 在实现上也 receive 等待某个特定信息，见 prim_inet:send(Socket, Packet, Opts)
send(S, Data, OptList) when is_port(S), is_list(OptList) -> try erlang:port_command(S, Data, OptList) of false -> % Port busy and nosuspend option passed {error,busy}; true -> receive {inet_reply,S,Status} -> Status end catch error:_Error -> {error,einval} end. |
也许可能有读者不明白，这里说的等待某个特定消息是指选择性接收。具体例子以下：
选择性接收： receive {ok, Result} -> Result end.
非选择性接收: receive Info -> Info end. |
选择性接收只针对某类信件，会1直阻塞住直到找到该信件为止，或超时。非选择性接收的结果是每条消息都会被消费掉，方式为先进先出，不存在扫描信箱的问题。
前面提到，merle 在 handle_call 时都会 receive 住，等待某个特定消息。这个的代价就是每次receive住，erlang VM都要扫描进程全部信箱队列。特别像 Joe 在做此类测试时，消息处理速度远远低于消息投递速度，换句话说，gen_server进程信箱前面所有大部份的信件都是作者自己发的 gen_server:call 要求消息，然后每次 receive 住都要匹配这些消息。
比如， Joe 测试的是 merle:getkey 操作，那末信箱大部份消息就是 gen_server:call 投递的 getkey 消息，而 handle_call 在处理时就要扫描完前面的getkey消息，才能得到想要的 {tcp,_,Data} 消息。进程信箱消息队列以下所示：
getkey | getkey | getkey | ... | getkey | {tcp,_,Data} | ... |
换成 gen_server2 的方式，gen_server2 会清空消息队列，那末进程信箱消息队列以下所示：
getkey | getkey | {tcp,_,Data} | ... |
前面还有2个getkey表示 gen_server2清空后在 handle_call 处理进程中 gen_server:call 又投递了新的 getkey 消息，数据量对照 gen_server来讲可以说是极少了，所以，消息匹配的次数就少了很多，这就会出现 Joe 测试的结果。
讨论erlang消息选择性接收
在讨论这个问题之前，先援用 learnyousomeerlang 对消息选择性接收的介绍（原文），很生动具体。
When there is no way to match a given message, it is put in a save queue and the next message is tried. If the second message matches, the first message is put back on top of the mailbox to be retried later.
|
就是说，erlang消息匹配不上，就会把消息放到 Save Queue 的队列中，当匹配到了后再把消息放回进程信箱。以上是形象化的说法，如果是这样就必定存在消息入列出列开消，那VM究竟是不是这样实现呢？
所以，对选择性接收，这里取3个问题出来说：
1、上面提到的，消息 Save Queue 是不是存在入列出列开消
2、当选择性接收时，新消息到来时会不会重复扫描信箱前面匹配不上的消息
3、假定第2点不存在重复扫描，那末如果消息已匹配到了，再匹配多1次这个消息，会不会重复扫描前面的消息
带着上面的疑问，下面以1个简单的例子做说明
-module(test). -compile(export_all). t() -> receive ok -> ok end. |
保存为test.erl，然后编译，生成opcode
1> c(test). {ok,test} 2> erts_debug:df(test). ok |
在目录下找到生成的 test.dis，t() 函数opcode以下：
04BE84B0: i_func_info_IaaI 0 test t 0 04BE84C4: i_loop_rec_fr f(04BE84EC) x(0) 04BE84CC: i_is_eq_exact_immed_frc f(04BE84E4) x(0) ok 04BE84D8: remove_message 04BE84DC: move_return_cr ok x(0) 04BE84E4: loop_rec_end_f test:t/0 04BE84EC: wait_locked_f test:t/0 |
逐行解释这段代码：
i_loop_rec_fr | receive接收信息，如果有信息放到 x(0) 寄存器，继续下1条指令；没有消息就跳到地址 04BE84EC，即 wait_locked_f |
i_is_eq_exact_immed_frc
| 匹配 x(0)寄存器的值和ok是不是相等，如果相等继续下1条指令；否则跳到04BE84E4，即 loop_rec_end_f |
remove_message | 移除进程消息队列中“当前”的信息（也就是上1行匹配到的信息） |
move_return_cr | 将 ok 送到 x(0)寄存器并返回结果 |
loop_rec_end_f | 将“当前消息”指针指向下1个位置，如果指向位置有消息，则跳到test:t/0第1段代码地址继续履行，即 04BE84C4；否则继续履行下1条指令 04BE84EC，即 wait_locked_f |
wait_locked_f | 阻塞当前进程，等待下1次调度，再检查是不是有新的消息到达 |
以上， i_is_eq_exact_immed_frc 和 move_return_cr 在 beam_hot.h实现，其他在 beam_emu.c 实现，都可以找相干代码。
/*
* beam_emu.c process_main() 线程入口函数，实现VM调度
* 以下截取 i_loop_rec_fr 处理进程
* 作用是从信箱取出1条消息放到 x(0) 寄存器；没消息则跳到 wait或 wait_timeout指令
*/
OpCase(i_loop_rec_fr):
{
BeamInstr *next;
ErlMessage* msgp;
loop_rec__:
PROCESS_MAIN_CHK_LOCKS(c_p);
// 取出“当前位置”的消息
msgp = PEEK_MESSAGE(c_p);
if (!msgp) { //如果消息不存在，尝试从SMP下public queue获得消息
#ifdef ERTS_SMP
erts_smp_proc_lock(c_p, ERTS_PROC_LOCKS_MSG_RECEIVE);
if (ERTS_PROC_PENDING_EXIT(c_p)) {
// 如果进程准备退出，则不处理消息了
erts_smp_proc_unlock(c_p, ERTS_PROC_LOCKS_MSG_RECEIVE);
SWAPOUT;
goto do_schedule; // 等待下1次调度
}
// SMP下把消息移到进程私有堆尾部（纯指针操作）
ERTS_SMP_MSGQ_MV_INQ2PRIVQ(c_p);
// 再尝试取出“当前位置”的消息
msgp = PEEK_MESSAGE(c_p);
if (msgp)
erts_smp_proc_unlock(c_p, ERTS_PROC_LOCKS_MSG_RECEIVE);
else
#endif
{
// 信箱没消息则跳到 wait或 wait_timeout指令（实际上就是履行下1条履行）
SET_I((BeamInstr *) Arg(0));
Goto(*I);
}
}
// 解析散布式消息，把消息附加的数据复制到进程私有堆
ErtsMoveMsgAttachmentIntoProc(msgp, c_p, E, HTOP, FCALLS,
{
SWAPOUT;
reg[0] = r(0);
PROCESS_MAIN_CHK_LOCKS(c_p);
},
{
ERTS_VERIFY_UNUSED_TEMP_ALLOC(c_p);
PROCESS_MAIN_CHK_LOCKS(c_p);
r(0) = reg[0];
SWAPIN;
});
if (is_non_value(ERL_MESSAGE_TERM(msgp))) {
/*
* 如果消息破坏就移除（出现这类情况是散布式消息解码出现毛病）
*/
ASSERT(!msgp->data.attached);
UNLINK_MESSAGE(c_p, msgp); // 移除消息，侧重将“当前”位置指向下1条消息
free_message(msgp); // 烧毁消息
goto loop_rec__; // 跳到上面继续
}
PreFetch(1, next); // 标记下1条指令位置
r(0) = ERL_MESSAGE_TERM(msgp);
NextPF(1, next); // 履行下1条指令
}
来看下这两个宏定义：
/* Get "current" message */
#define PEEK_MESSAGE(p) (*(p)->msg.save)
从字面上就知道这个宏是取"当前的"消息，取了 msg.save 的值
#define UNLINK_MESSAGE(p,msgp) do {
ErlMessage* __mp = (msgp)->next;
*(p)->msg.save = __mp;
(p)->msg.len--;
if (__mp == NULL)
(p)->msg.last = (p)->msg.save;
(p)->msg.mark = 0;
} while(0)
这个宏就是移除消息操作，消息队列长度⑴，把 msg.save 指向了 msgp的下1条消息；如果 msgp->next 为 NULL，表示这是最后1条消息，就把 msg.last 等于了 msg.save
/*
* beam_emu.c process_main() 线程入口函数，实现VM调度
* 以下截取 remove_message 处理进程（已删除没必要要的代码）
* 作用是将消息从信箱队列中移除
*/
OpCase(remove_message): {
BeamInstr *next;
ErlMessage* msgp;
PROCESS_MAIN_CHK_LOCKS(c_p);
PreFetch(0, next);
msgp = PEEK_MESSAGE(c_p); // 取出当前的消息
if (ERTS_PROC_GET_SAVED_CALLS_BUF(c_p)) {
save_calls(c_p, &exp_receive);
}
if (ERL_MESSAGE_TOKEN(msgp) == NIL) {
SEQ_TRACE_TOKEN(c_p) = NIL;
} else if (ERL_MESSAGE_TOKEN(msgp) != am_undefined) {
// 追踪调试内容，可以疏忽
Eterm msg;
SEQ_TRACE_TOKEN(c_p) = ERL_MESSAGE_TOKEN(msgp);
c_p->seq_trace_lastcnt = unsigned_val(SEQ_TRACE_TOKEN_SERIAL(c_p));
if (c_p->seq_trace_clock < unsigned_val(SEQ_TRACE_TOKEN_SERIAL(c_p))) {
c_p->seq_trace_clock = unsigned_val(SEQ_TRACE_TOKEN_SERIAL(c_p));
}
msg = ERL_MESSAGE_TERM(msgp);
seq_trace_output(SEQ_TRACE_TOKEN(c_p), msg, SEQ_TRACE_RECEIVE,
c_p->common.id, c_p);
}
UNLINK_MESSAGE(c_p, msgp); // 移除消息，侧重队列长度⑴
JOIN_MESSAGE(c_p); // 重置“当前”位置，指向了队列第1条消息
CANCEL_TIMER(c_p);
free_message(msgp); // 烧毁消息
ERTS_VERIFY_UNUSED_TEMP_ALLOC(c_p);
PROCESS_MAIN_CHK_LOCKS(c_p);
NextPF(0, next); // 履行下1条指令
}
所以，当消息匹配时，就会重新指向了信箱第1条消息，这样，第3个问题就有了答案，会重新扫描信箱。
再来看看这个宏：
/* Reset message save point (after receive match) */
#define JOIN_MESSAGE(p)
(p)->msg.save = &(p)->msg.first
这个宏就是讲 msg.save 指向了 msg.first ，就是第1个消息
下面看下消息不匹配的情况就是 loop_rec_end_f
/*
* beam_emu.c process_main() 线程入口函数，实现VM调度
* 以下截取 loop_rec_end_f 处理进程
* 作用是继续取出最新的消息匹配
*/
/*
* Advance the save pointer to the next message (the current
* message didn't match), then jump to the loop_rec instruction.
*/
OpCase(loop_rec_end_f): {
SET_I((BeamInstr *) Arg(0));
SAVE_MESSAGE(c_p); // “当前”位置指向下1个位置
goto loop_rec__; // 继续取出消息匹配
}
这个opcode实现了不断取消息出来匹配的进程，直到失去调度机会，等待下1次调度。
也看下这个宏：
/* Save current message */
#define SAVE_MESSAGE(p)
(p)->msg.save = &(*(p)->msg.save)->next
这个宏就是将 msg.save 指向了下1个位置。
到这里第1个问题和第2个问题都有答案了，前面说到的 Save Queue 只是“形象化”的队列，实际不存在，所以不存在消息入列出列的开消问题。然后第2个问题，消息选择性接收，当消息匹配不上，有新消息到来时不会重复扫描信箱前面匹配不上的消息。
总结
针对erlang选择性接收的问题，gen_server2给我们1个方向，通过外部队列减少了消息的匹配，而且控制优先级来控制消息的处理。
这里也说说 gen_server2 的副作用：
gen_server2会带来1种问题，erlang原来会利用进程信箱长度来抑制发送者进程（通过减少消息发送者进程的调度机会 Reduction，可以参考这篇文章《erlang send剖析及参数意义》）。但是，gen_server2 每次都会清空进程信箱的消息队列，没法利用到 VM 提供的抑制消息队列过快暴涨的保护机制。
针对这个问题，gen_server2 通过 prioritise_XXX 函数向外部模块暴露消息队列长度，使调用者可以根据消息队列长度控制是不是抛弃消息，以实现对消息的抑制。
实际上，gen_server 在我们的开发中就够用了，很少需要去斟酌erlang选择性接收的问题。rabbitMQ是针对消息队列的处理，必定有不计其数的消息量，那才正好需要 gen_server2 的作用。如果也到了这类消息量，那就建议使用 gen_server2
参考：http://blog.csdn.net/mycwq/article/details/44049749
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