Erlang并发机制 – 消息传递

Erlang系统中，进程之间的通信是通过消息传递来完成的。消息使用Pid ! Message的形式发送，通过receive语句获取。每个Erlang进程都有用来存储传入消息的信箱。当一个消息发送的时候，它会从发送进程中拷贝到接收进程的信箱，并以它们到达的时间次序存储。消息的传递是异步的，一个发送进程不会在发送消息后被暂停。

 

         上面提到发送消息时，会在两个进程之间存在消息复制，为什么需要复制呢？这就跟进程的堆内存有关。虽然在Erlang的文档（heap_type）中说明堆内存有三种类型：private，shared，hybrid，但是在实际的代码中，只有两种private和hybrid（参见[$R15B_OTP_SRC/erts/emulator/beam/erl_bif_info.c --> system_info_1]），不过hybrid的虚拟机是编译不出来的（参见[$R15B_OTP_SRC/erts/Makefile.in：# Until hybrid is nofrag, don't build it.），也就是说Erlang目前的堆内存只有一种：private。

         private类型的堆内存是跟shared类型相对的：shared是指所有线程共享同一块内存（比如Java），多个线程对同一块内存的访问需要锁保护；而private类型的堆内存是指每个进程独享一块内存，对于内存的访问不需要锁保护。

        

在Erlang的private堆内存架构下，发送消息需要做三件事件：

         1) 计算消息的大小，并在接收进程的内存空间中给消息分配内存；

         2) 将消息的内容拷贝到接收进程的堆内存中；

         3) 最后将消息的地址添加到接收进程的消息队列。

从上面的步骤可以看出，拷贝消息的代码是O(n)，n是消息的长度，也就是说消息越长，花费越大。所以在使用Erlang时，要避免大数据量的大消息传递。

在shared堆内存架构下，发送消息只需要O(1)（只传递消息地址），那为什么Erlang要默认选择private类型的堆内存呢？其实这跟后面要讲到的Erlang的GC相关：private的优势就是GC的延迟很低，可以很快的完成（因为只保存一个进程的数据，GC扫描时的数据量很小）。

         在SMP环境下，实际上每个进程有两个消息队列。进程发送消息时，实际上消息是添加到目标进程的公有队列（通过锁来保证互斥访问）；而目标进程在消费消息时，实际上是在自己的私有消息队列上处理的，从而减小锁带来的访问开销。但是，如果目标进程在自己的私有消息队列上无法匹配到消息，那么公有队列中的消息将被添加到私有队列。

         下图是比较直观的说明了消息发送前后的进程数据的对比（其中PCB中包括进程的消息队列，指向堆中的具体消息）。