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08-Task模块和通用TCP服务器.md

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8-Task模块和通用TCP服务器(gen_tcp)

本章我们学习如何使用Erlang的:gen_tcp模块来处理请求。 在未来几章中我们还会扩展我们的服务器,使之能够服务于真正的命令。 这也是我们探索Elixir的Task模块的大好机会。

8.1-Echo服务器

我们首先实现一个Echo(回声)服务器来开始我们的TCP服务器之旅。它只是简单地返回从请求中收到的文字。 我们会慢慢地改进这个服务器,使它有监督者来监督,并且可以处理大量连接。

一个TCP服务器,总的来说,实现以下几步:

  1. 在可用端口建立socket连接,监听这个端口
  2. 等待这个端口的客户端连接,有了就接受它
  3. 读取客户端请求并且写回复

我们来实现这些步骤。在apps/kv_server程序中,打开文件lib/kv_server.ex,添加以下函数:

def accept(port) do
  # The options below mean:
  #
  # 1. `:binary` - receives data as binaries (instead of lists)
  # 2. `packet: :line` - receives data line by line
  # 3. `active: false` - block on `:gen_tcp.recv/2` until data is available
  #
  {:ok, socket} = :gen_tcp.listen(port,
                    [:binary, packet: :line, active: false])
  IO.puts "Accepting connections on port #{port}"
  loop_acceptor(socket)
end

defp loop_acceptor(socket) do
  {:ok, client} = :gen_tcp.accept(socket)
  serve(client)
  loop_acceptor(socket)
end

defp serve(client) do
  client
  |> read_line()
  |> write_line(client)

  serve(client)
end

defp read_line(socket) do
  {:ok, data} = :gen_tcp.recv(socket, 0)
  data
end

defp write_line(line, socket) do
  :gen_tcp.send(socket, line)
end

我们通过调用KVServer.accept(4040)来启动服务器,其中4040是端口号。在accept/1中,第一步是去监听这个端口,知道socket变成可用状态,然后调用loop_acceptor/1。函数loop_acceptor/1只是一个循环,来接受客户端的连接。 对于每次接受的客户端连接,我们调用serve/1函数。

函数serve/1也是个循环,它一次从socket中读取一行,并将其写进给socket的回复。 注意serve/1使用了管道运算符 |>来表达操作流程。 管道运算符计算左侧函数计算的结果,并将其作为第一个参数传递给右侧函数调用。如:

socket |> read_line() |> write_line(socket)

相当于:

write_line(read_line(socket), socket)

当使用|>运算符时,是否给函数调用加上括号是很重要的。举个例子:

1..10 |> Enum.filter &(&1 <= 5) |> Enum.map &(&1 * 2)

会被翻译为:

1..10 |> Enum.filter(&(&1 <= 5) |> Enum.map(&(&1 * 2)))

这个不是我们想要的,因为本应传给Enum.filter/2的那个匿名函数&(&1<=5)成了传给Enum.map/2的第一个参数。 解决方法就是加上括号:

1..10 |> Enum.filter(&(&1 <= 5)) |> Enum.map(&(&1 * 2))

函数read_line/2中使用:gen_tcp.recv/2接收从socket传来的数据。 而write_line/2中使用:gen_tcp.send/2向socket写入数据。

这差不多就是我们为实现这个回声服务器所要做的。让我们试一试。

iex -S mixkv_server应用程序中启动对话,执行:

iex> KVServer.accept(4040)

服务器就运行了,注意到此时该命令行会被阻塞。现在我们使用一个telnet客户端 来访问这个服务器。基本上每个操作系统都有telnet客户端程序,命令也都差不多:

$ telnet 127.0.0.1 4040
Trying 127.0.0.1...
Connected to localhost.
Escape character is '^]'.
hello
hello
is it me
is it me
you are looking for?
you are looking for?

输入“hello”,按回车,你就会得到“hello”字样的回复。好牛逼!

退出telnet客户端方法不一,有些用ctrl + ],有些是quit按回车。

一旦你退出telnet客户端,你会发现IEx会话中打印出一个错误信息:

** (MatchError) no match of right hand side value: {:error, :closed}
    (kv_server) lib/kv_server.ex:41: KVServer.read_line/1
    (kv_server) lib/kv_server.ex:33: KVServer.serve/1
    (kv_server) lib/kv_server.ex:27: KVServer.loop_acceptor/1

这是因为我们还期望从:gen_tcp.recv/2拿数据,但是客户端断了。我们将来要处理这个问题才行。

目前还有个更重要的bug要修:假如TCP接收者挂了怎么办?意为它没有监督者,不会自己重启,要是挂了我们将不能在处理更多的请求。 这就是为啥我们要将它挪进监督树。

8.2-Tasks

我们已经学习了Agent,通用服务器以及事件管理器。它们都可以进行多消息协作,或者管理状态。 但是,若是只需要处理一些任务,选什么呢?

Task模块为此提供了所需的功能。 例如,它有start_link/3函数,接受一个模块名、一个函数和函数的参数,从而执行这个传入的函数,并且还是作为监督树的一部分。

我们来试试。打开lib/kv_server.ex,修改下里start/2函数里的监督者:

def start(_type, _args) do
  import Supervisor.Spec

  children = [
    worker(Task, [KVServer, :accept, [4040]])
  ]

  opts = [strategy: :one_for_one, name: KVServer.Supervisor]
  Supervisor.start_link(children, opts)
end

改动的意思是要让KVServer.accept(4040)成为一个工人来运行。目前我们暂时hardcode这个端口号,之后再讨论如何修改。

现在,这个服务器是监督树的一部分了,它应该会随着应用程序启动而自动运行。 在终端中输入mix run --no-halt,然后再次用telnet客户端来试试看是否还一切正常:

$ telnet 127.0.0.1 4040
Trying 127.0.0.1...
Connected to localhost.
Escape character is '^]'.
say you
say you
say me
say me

看,它还是好使!这回就算退了客户端,服务器挂了,你会看到又一个立马起来了。嗯,不错。。。不过它可伸缩性如何?

试着打开两个telnet客户端一起连接,你会注意到,第二个客户端根本不能回声:

$ telnet 127.0.0.1 4040
Trying 127.0.0.1...
Connected to localhost.
Escape character is '^]'.
hello
hello?
HELLOOOOOO?

看起来根本不工作嘛。这是因为处理请求和接受请求是在同一个进程。一个客户端连上来,就没法处理第二个了。

8.3-Task的监督者

为了让我们的服务器能够处理并发连接,我们需要让一个进程来当接收者,然后派生其它的进程来服务接收到的连接。 一个方案是:

defp loop_acceptor(socket) do
  {:ok, client} = :gen_tcp.accept(socket)
  serve(client)
  loop_acceptor(socket)
end

函数Task.start_link/1类似Task.start_link/3,但是它可以接受一个匿名函数而不是(模块,函数,参数)的组合:

defp loop_acceptor(socket) do
  {:ok, client} = :gen_tcp.accept(socket)
  Task.start_link(fn -> serve(client) end)
  loop_acceptor(socket)
end

我们翻过这个错了,记得吗?

和我们当时在注册表进程中调用KV.Bucket.start_link/0犯的错差不多。它意味着一个bucket挂会导致整个注册表进程挂。

上面的代码页犯了相同的错误:如果我们把serve(client)这个任务和接收者连接起来,那么在处理请求时发生的小事故就会导致请求接收者挂,继而导致连接都挂掉。

当时我们解决这个问题是用了一个简单的一对一监督者。这里我们也将使用相同的办法,除了一点:这个模式在Task中实在是太通用了, 所有Task已经为之提供了一个解决方案---一个简单的一对一监督者加上临时工(临时的工人),这个我们在之前的监督树中就是这么用的。

让我们再次修改下start/2函数,加个监督者:

def start(_type, _args) do
  import Supervisor.Spec

  children = [
    supervisor(Task.Supervisor, [[name: KVServer.TaskSupervisor]]),
    worker(Task, [KVServer, :accept, [4040]])
  ]

  opts = [strategy: :one_for_one, name: KVServer.Supervisor]
  Supervisor.start_link(children, opts)
end

我们简单地启动了一个Task.Supervisor进程, 名字叫Task.Supervisor。记住,因为接收者任务依赖于这个监督者,因此该监督者必须先启动。

现在我们只需修改loop_acceptor/2,使用Task.Supervisor来处理每个请求:

defp loop_acceptor(socket) do
  {:ok, client} = :gen_tcp.accept(socket)
  Task.Supervisor.start_child(KVServer.TaskSupervisor, fn -> serve(client) end)
  loop_acceptor(socket)
end

用命令mix run --no-halt启动新的服务器,现在就可以打开多个客户端来连接了。而且你会发现一个客户端退出不会让接收者挂掉。 好棒!

一下是完整的服务器实现,在单个模块中:

defmodule KVServer do
  use Application

  @doc false
  def start(_type, _args) do
    import Supervisor.Spec

    children = [
      supervisor(Task.Supervisor, [[name: KVServer.TaskSupervisor]]),
      worker(Task, [KVServer, :accept, [4040]])
    ]

    opts = [strategy: :one_for_one, name: KVServer.Supervisor]
    Supervisor.start_link(children, opts)
  end

  @doc """
  Starts accepting connections on the given `port`.
  """
  def accept(port) do
    {:ok, socket} = :gen_tcp.listen(port,
                      [:binary, packet: :line, active: false])
    IO.puts "Accepting connections on port #{port}"
    loop_acceptor(socket)
  end

  defp loop_acceptor(socket) do
    {:ok, client} = :gen_tcp.accept(socket)
    Task.Supervisor.start_child(KVServer.TaskSupervisor, fn -> serve(client) end)
    loop_acceptor(socket)
  end

  defp serve(socket) do
    socket
    |> read_line()
    |> write_line(socket)

    serve(socket)
  end

  defp read_line(socket) do
    {:ok, data} = :gen_tcp.recv(socket, 0)
    data
  end

  defp write_line(line, socket) do
    :gen_tcp.send(socket, line)
  end
end

因为我们修改了监督者的需求,我们会问:我们的监督者策略还适用吗?

这里答案是Yes:如果接收者挂了,现存的连接是没理由一起挂的。另一方面,如果task监督者挂了,同样也没必要让接收者挂掉。 这和注册表进程那种情况相反,那种情况我们在一开始必须在注册表进程挂掉时让监督者也挂掉,直到后来我们用上了ETS来持久化保存状态。 而task是没有状态什么的,挂掉一个两个也不会拖谁的后腿。

下一章我们将开始解析客户请求,然后发送回复,从而完成我们的服务器。