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Entendendo um tiquinho de self()

Uma confusão bem comum quando se começa a escrever programas concorrentes em Erlang é quanto ao uso da BIF (built-in function) self(). Mais especificamente, quanto ao seu retorno.

A BIF self() é analoga ao this do Java, por exemplo, que é capaz de responder quem é o objeto contenedor do método atualmente em execução. Semelhantemente, em Erlang, self() é capaz de dizer quem é o processo contenedor da função atualmente em execução avaliação. Assim, se você chamar self() no Erlang shell, você vai receber como retorno o Pid (identificador de processo) do próprio Erlang shell.

Faça um teste no seu Erlang shell:

1> self().

Você deve ter recebido algo semelhante a <0.31.0> com retorno. Isto porque o Erlang shell nada mais é do que um processo Erlang com um comportamento REPL.

Ok. Agora, o que acontece se você tiver um programa com um único módulo em que há duas funções que trocam mensagens entre dois processos? Qual seria o retorno de self() nestas duas funções?

Um pequeno exemplo

Vejamos um exemplo bem simples deste caso extraído do livro Erlang Programming:

-module(add_two).
-export([start/0, request/1, loop/0]).

start() ->
  process_flag(trap_exit, true),
  Pid = spawn_link(add_two, loop, []),
  register(add_two, Pid),
  {ok, Pid}.

request(Int) ->
  add_two ! {request, self(), Int},
  receive
    {result, Result}       -> Result;
    {'EXIT', _Pid, Reason} -> {error, Reason}
    after 1000             -> timeout
  end.

loop() ->
  receive
    {request, Pid, Msg} ->
       Pid ! {result, Msg + 2}
  end,
  loop().

De maneira bem objetiva, o que este código faz é o seguinte:

1- Quando um processo já existente – que no nosso caso será o próprio Erlang shell – faz uma chamada à função start(), um novo processo é gerado, tendo como ponto de partida a função loop(), o seu identificador é associado à variável Pid e, por fim, ele recebe o apelido add_two.

2- Todas as vezes que a função request(Int) é chamada, uma mensagem é enviada para o processo add_two, para que este some 2 ao número passado como parâmetro e envie o resultado de volta ao processo solicitante.

3- Sempre que o processo add_two recebe uma nova mensagem, esta é capturada na sentença receive ... end da função loop(), que verifica se é um “pedido de soma”, e então, envia o resultado da soma ao processo solicitante, identificado por Pid.

A confusão

Bem simples mesmo, certo? Então, por que acontece a tal confusão?

A confusão acontece, porque o retorno de self() não é o mesmo em todas as funções deste módulo. Isto porque a função loop(), apesar de estar contida no mesmo módulo que as funções start() e request(Int), não está rodando sendo avaliada no mesmo processo que elas estão. A função loop() está sendo avaliada no processo add_two, enquanto que start() e request() estão sendo avaliadas no primeiro processo – o Erlang shell. Assim, self() em loop() retorna um identificador de processo diferente do que retornaria as demais funções.

Quer tirar a prova?

Mais um simples exemplo, só que desta vez, esclarecedor!

Eu adicionei um bocado de “prints” no código que apresentei anteriormente e se você executá-lo agora, terá a prova do que foi discutido. (Tá tudo bem, você não precisa de uma prova a estas alturas do campeonato, mas vai ser divertido.)

-module(add_two).
-export([start/0, request/1, loop/0]).

start() ->
io:format(": start -> self() = ~w~n", [self()]),
  process_flag(trap_exit, true),
  Pid = spawn_link(add_two, loop, []),
  io:format(": start -> Pid  = ~w~n", [Pid]),
  register(add_two, Pid),
  {ok, Pid}.

request(Int) ->
  io:format(": request -> self() = ~w~n", [self()]),
  add_two ! {request, self(), Int},
  receive
    {result, Result}       -> Result;
    {'EXIT', _Pid, Reason} -> {error, Reason}
    after 1000             -> timeout
  end.

loop() ->
  receive
    {request, Pid, Msg} ->
       io:format(": loop/receive -> self() = ~w~n", [self()]),
       io:format(": loop/receive -> Pid    = ~w~n", [Pid]),
       Pid ! {result, Msg + 2}
  end,
  loop().

Após fazer a devida compilação, faz o seguinte teste no Erlang shell:

1- Veja o identificador de processo (aka Pid) do Erlang shell:

1> self().

2- Inicie o processo add_two:

2> add_two:start().

3- Chame a função request(Int):

3> add_two:request(10).

Executou? Comparou os Pids? Viu a diferença de escopo entre as três funções? Pois muito bem, então fica aqui a lição:

“Módulos servem para agrupar funções com um mesmo escopo conceitual, mas nem sempre com o mesmo escopo de processo”

Você deveria considerar Erlang para seu próximo grande projeto

Ao ler o título deste post, talvez você esteja se perguntando: por que eu deveria considerar Erlang para meu próximo grande projeto? Bem, meu objetivo com este post é te apresentar alguns importantes motivos para fazer isto.

Erlang nasceu no laboratório de ciência da computação da Ericsson na década de 1980, influenciada por linguagens como ML, Ada, Module, Prolog e Smalltalk, quando um time de três cientistas – entre eles, o grande Joe Armstrong receberam a missão de descobrir qual seria a melhor linguagem de programação para escrever a próxima geração de sistemas de telecom. Após dois anos de investigação e prototipação, estes cientistas descobriram que nenhuma linguagem era completa o bastante para tal objetivo e, conclusivamente, decidiram criar uma nova linguagem. Nasceu então Erlang, the Ericsson Language.

De lá pra cá, Erlang tem sido evoluida e usada para escrever grandes sistemas críticos, porque é exatamente nesse cenário que Erlang faz mais sentido. Se seu projeto é construir um sistema crítico, altamente tolerante a falhas, com disponibilidade 24×7 e veloz como o papa-léguas, sim, Erlang é para você. Mas se não é bem esta sua necessidade, se você quer apenas construir um pequeno sistema, com baixa concorrência, poucos usuários, pouca necessidade de performance e possibilidade de passar horas down em manutenção, não, você não precisa de Erlang. Que tal Basic?

Diferente de algumas linguagens que nascem para encontrar um nicho, Erlang nasceu com um problema a ser resolvido, com requisitos a serem atendidos. Tolerância a falhas, concorrência realmente pesada, computação distribuída, atualização da aplicação sem derrubá-la, sistemas de tempo real, este é o nicho de Erlang; foi para isto que Erlang nasceu.

Quem usa Erlang atualmente?

Além da Ericsson, é lógico, há algumas outras grandes empresas e projetos usando Erlang, como por exemplo:

Facebook, no backend de seu sistema de chat, lidando com 100 milhõs de usuários ativos;
Delicious, que tem mais de 5 milhões de usuários e mais de 150 milhões de bookmarks;
Amazon SimpleDB, o serviço de dados do seu poderoso EC2;
Motorola, CouchDB, RabbitMQ, Ejabbed, etc.

Ok, mas Erlang é propriedade da Ericsson?

Não, felizmente, não. Em 1998 a Ericsson tornou Erlang open source sob a licença EPL.

Quer mais uma boa notícia? Você não precisa de um servidor de aplicações para rodar sua aplicação Erlang, nem mesmo uma pesada IDE para escrevê-las. Tudo o que você precisa é de uma distribuição de Erlang para sua plataforma, seja Mac OS X, Linux, Windows, Solaris, ou qualquer outro sistema Unix-like, que traz consigo máquina virtual, compilador e vasta bibliotéca de módulos muito úteis – além do banco de dados Mnesia; e um editor de textos de sua preferência TextMate, por exemplo, tem um ótimo bundle para Erlang.

Algumas características de Erlang

1- Expressividade e beleza

Há quem diga que não, mas Erlang é uma linguagem muito bonita — ao menos pra mim. Dado as já citadas influências de Erlang, ela é uma linguagem bem expressiva e declarativa, que encoraja a escrita de código simples e objetivo, o que certamente torna seu código fácil de ler, de escrever e de organizar [em módulos reutilizáveis]. O snippet abaixo é um exemplo de implementação do famoso fatorial:

-module(sample1).
-export([fac/1]).

fac(0) -> 1;
fac(N) -> N * fac(N-1).

2- Forte uso de recursividade

Isto certamente é uma herança da veia funcional de Erlang que torna o código muito menos imperativo e mais declarativo. Mas além da beleza declarativa óbvia, é importante saber que Erlang foi projetada para lidar com iterações recursivas gigantescas sem qualquer degradação – e sem estourar o “heap” de memória.

3- Livre de efeito colateral

Uma das grandes capacidades dadas por Erlang é a construção de sistemas altamente concorrentes rodando em processadores com multiplos núcleos. Isto não combina nada com efeito colateral, por isso, em Erlang, uma vez que um dado valor tenha sido atribuído a uma variável, esta não poderá mais ser modificada – ou seja, estão mais para o que conhecemos por constantes do que para o que conhecemos por variaveis.

Se você já escreveu código concorrênte sabe o quanto tê-lo livre de efeitos colaterais te faz livre de dores de cabeça. Poucas coisas são tão deprimentes quanto debugar código concorrênte repleto de efeitos colaterais.

4- Pattern matching

Pattern matching em Erlang é usado para associar valores a variáveis, controlar fluxo de execução de programs, extrair valores de estruturas de dados compostas e lidar com argumentos de funções. Mais um ponto para código declarativo e expressividade. Vejamos o código abaixo:

-module(sample2).
-export([convert_length/1]).

convert_length(Length) ->
    case Length of
        {centimeter, X} ->
            {inch, X / 2.54};
        {inch, Y} ->
            {centimeter, Y * 2.54}
    end.

Fala por si, não?

5- Concorrência baseada em passagem de mensagens (a.k.a. Actors)

Acho que concorrência baseada em passagem de mensagem entre atores é uma das features mais populares de Erlang. Vejamos o porque com o famoso exemplo do Ping-Pong:

-module(sample3).

-export([start/0, ping/2, pong/0]).

ping(0, Pong_PID) ->
    Pong_PID ! finished,
    io:format("Ping finished~n", []);

ping(N, Pong_PID) ->
    Pong_PID ! {ping, self()},
    receive
        pong ->
            io:format("Ping received pong~n", [])
    end,
    ping(N - 1, Pong_PID).

pong() ->
    receive
        finished ->
            io:format("Pong finished~n", []);
        {ping, Ping_PID} ->
            io:format("Pong received ping~n", []),
            Ping_PID ! pong,
            pong()
    end.

start() ->
    Pong_PID = spawn(sample3, pong, []),
    spawn(sample3, ping, [3, Pong_PID]).

Neste pequeno snippet podemos observar algumas características de Erlang já citadas neste post, tal como pattern matching na captura das mensagens e recursividade no controle das iterações.

Agora, falando do aspecto concorrente em sim, algumas coisas são particularmente interessantes aqui:

a. Em Erlang, a concorrência acontece entre processos leves, diferente de linguagens como C++ e Java, que baseiam sua concorrência em threads nativas de sistema operacional [caríssimas];
b. Em Erlang, há um tipo de dado chamado PID, o qual é o identificador do processo paralelo (mais conhecido como Actor) e para o qual as mensagens podem ser enviadas.

Releia o código acima com estas informações em mente e veja como concorrência em Erlang é algo completamente descomplicado e natural. Depois, pense no mesmo código implementado em C#, Java ou C++.

Gostei de Erlang, há algum livro para eu começar a estudar?

Sim, há dois livros excepcionais. Um, do próprio criador da linguagem, Joe Armstrong:

E outro de Francesco Cesarini e Simon Thompson:

Além disso, há o próprio material on line que é muito bom e barato. :)

Conclusão

Erlang possui muitas outras características e informações bem interessantes, mas que me falta espaço neste post para citar e apresentar, senão ele ficará absurdamente gigantesco para o meu gosto. Mas acredito que pelo que já apresentei até aqui, você já tenha motivos suficientes para pensar em Erlang com carinho e conciderá-la para seu próximo grande projeto.

Em breve devo escrever algo sobre OTP, já que neste post apresentei características mais inerentes à linguagem em si e nem tanto sobre a plataforma.

Até mais!

Pontapé inicial para aprender Erlang

Ano passado, no mês de outubro, resolvi começar a aprender Erlang – que é uma linguagem fantástica, digasse de passagem – e logo dei o pontapé inicial com material do próprio site da versão open-source da linguagem. Lá você encontra dois canais de conteúdos bem interessantes para o seu aprendizado.

O primeiro canal é o do famoso getting started, como estamos acontumados a encontrar em outras linguagens, só que em três versões diferentes, uma para cada saco gosto para leitura. Tem a versão rápida, a lenta, e a muito, muito, muito lenta. Já o segundo canal é uma coleção de diversas publicações interessantes, que vale a pena ao menos saber que existe.

Bom, com todo esse material disponível, seria chover no molhado eu querer dizer “o que é Erlang”, “qual o seu propósito”, e “blá blá blá”. Os materiais supra citado já fazem isso muito bem. :)

Em lugar disso, vou deixar aqui um passo a passo sucinto para instalar no Ubuntu a versão mais atual a partir dos fontes (já que não queremos a versão desatualizada disponível por apt-get) e mais alguns links para estudo rápido e mastigado. Ou seja, vou te dar um empurrãozinho te ajudar a dar o seu próprio pontapé inicial no aprendizado de Erlang.

Lembrando que, mesmo que você seja usuário de Windows, não há problema algum, este post também é pra você. Basta você fazer o download do .exe de instalação mais atual aqui e pular o próximo tópico.  E, caso você seja usuário de outra distro de Linux, I’m so sorry! Você vai ter que procurar sua própria receita de instalação no Google. :)

Instalação no Ubuntu

Antes de começar a instalação, você precisará fazer duas coisas:

1) Criar o diretório onde você fará a instalação

No meu caso, o path que é:


/home/leandro/Desenvolvimento/erlang/tools/otp_r12b-5

Vou usá-lo em toda a receita, então, fique atento e não se esqueça substituir pelo seu próprio path.

2) Baixar a última versão dos fontes aqui e depois descompactá-la no diretório criado no passo anterior

Feito isso, ótimo! É hora de começar a instalação de verdade. Vamu qui vamu!

1) Instale o conjunto básico de ferrametas para fazer o build


sudo apt-get install build-essential libncurses5-dev m4

2) Instale um conjunto de ferrametas de SSL, caso você ainda não tenha


sudo apt-get install openssl libssl-dev

3) Execute a configuração do build


./configure

4) Faça o build!


make && sudo make install

Aguarde, aguarde, aguarde…

5) Configure o diretório bin no PATH do sistema

Com seu editor de texto preferido, edite o arquivo /etc/bash.bashrc e insira o bloco abaixo:


# Setting the ERLANG_HOME and PATH to Erlang otp_r12b-5
ERLANG_HOME=/home/leandro/Desenvolvimento/erlang/tools/otp_r12b-5
PATH=$ERLANG_HOME/bin:$PATH
export ERLANG_HOME PATH

Ou faça como você preferir, esse passo é bem a la vonté mesmo. :)

6) Teste!

No console, digite erl. Se carregar o Erlang (BEAM) emulator é porque está tudo OK!

Se não carregar o Erlang (BEAM) emulator, revise os passos anteriores com calma, para ver se você fez tudo certinho, se não errou ou se esqueceu de algum detalhe. Caso ainda tenha problemas, o Google é seu amigo!

Mais dicas de referências

Como disse, além dos links que citei no início que estão realmente repletos de material interessante, queria indicar também uma série de posts do Caio Ariede, que também está aprendendo a fantástica Erlang.

Outra dica é um projeto que criei no meu GitHub [que vergonhosamente não tinha nada desde outubro] para colocar os códigos dos meus estudos, mas até agora só subi uns poucos programinhas bem didáticos do Getting Started Lento. Vamos ver se logo arranjo um tempo para organizar a coisas por aqui e subir mais coisas legais. Fique de olho nele.

Mais uma, ainda no GitHub, é o projeto que o Nando Vieira criou para publicar suas anotações da leitura do livro Programming Erlang, Software for a concurrent world, de ninguém menos que Joe Armstrong.

E para finalizar, não deixe de ler meu post sobre programação funcional, se você quiser ter uma rápida introdução a esse assunto.

É isso ai, até mais!!!

Sim, programação funcional é relevante hoje

Há um tempo tenho me interessado pelo paradigma de programação funcional, estudado e tentado aplicar vez ou outra algum de seus conceitos que faça sentido no domínio do problema que estou tentando resolver.

Com base nisso, resolvi escrever este post para dizer que, sim, programação funcional é relevante hoje, tanto quanto foi ontem – se não um pouco mais; e também dar uma visão geral sobre alguns de seus conceitos.

O que é programação funcional?

Segundo a definição de Paul Hudak em seu paper de 1989, “Conception, evolution, and application of functional programming languages”:

Programação funcional é um paradigma de programação que trata a computação como uma avaliação de funções matemáticas e que evita estados ou dados mutáveis. Ela enfatiza a aplicação de funções, em contraste da programação imperativa, que enfatiza mudanças no estado do programa.

Assim, praticar programação funcional consiste em definir funções e usar o computador como um avaliador de expressões. Aliás, uma característica predominante da programação funcional é que o significado de uma expressão é o seu valor, e o papel do computador é obtê-lo através da avaliação da expressão. Por exemplo, considere a expressão 2 + 3. Qual é o seu significado? 5. Agora, considere a expressão (2 x 2) + 1. Qual é o seu significado? 5. Ou seja, a avaliação nos faz concluir que as duas expressões significam a mesma coisa.

Outra característica básica e fundamental em linguagens funcionais é que funções são valores de primeira importancia, podendo estas serem usadas como parâmetro ou retorno de outras funções. Além do que, funções também são avaliadas como qualquer outra expressão matemática.

Aplicação do paradigma funcional

Programação funcional, obviamente, pode ser aplicada para resolver problemas de domínio matemático, mas não somente isso. Absolutamente!

Atualmente, muito do revival – se é que posso dizer assim – do paradigma de programação funcional se deve a aplicação dela no campo da concorrência, do processamento paralelo. Isso por conta de sua natureza stateless. É nesse campo que estão os grandes méritos de Erlang, e a motivação de F# e Scala. (Se bem que Scala pode, sim, trabalhar com estados. Quando a F#, eu não sei. Mas isso não importa muito agora.)

Há pouco ouvi falar também sobre uma bibliotéca fantástica para construção de interfaces gráficas escrita em Haskell, mas sinceramente nunca testei. (Na verdade, nunca escrevi uma só linha de código em Haskell.)

Exemplos de linguagens funcionais

Existe uma pancada uma grande número de linguagens funcionais, talvez muito mais do que você possa imaginar. Apenas para citar algumas: Lisp, Haskell, Scheme, XSTL, OCaml, Erlang, F# e Scala. Mas, acredite, há muitas outras!

Conceitos funcionais em código

Como esse é um blog de programação, e estamos falando de programação, quero explicar rapidamente alguns conceitos de programação funcional exemplificando em código.

1- Lambda Calculus

O principal fundamento da programação funcional é a teoria Lambda Calculus, cuja qual podemos encontrar a seguinte definição na Wikipedia:

In mathematical logic and computer science, lambda calculus, also written as λ-calculus, is a formal system designed to investigate function definition, function application and recursion. It was introduced by Alonzo Church and Stephen Cole Kleene in the 1930s as part of an investigation into the foundations of mathematics, but has emerged as a useful tool in the investigation of problems in computability or recursion theory, and forms the basis of a paradigm of computer programming called functional programming.[1]

The lambda calculus can be thought of as an idealized, minimalistic programming language. It is capable of expressing any algorithm, and it is this fact that makes the model of functional programming an important one. Functional programs are stateless and deal exclusively with functions that accept and return data (including other functions), but they produce no side effects in ‘state’ and thus make no alterations to incoming data. Modern functional languages, building on the lambda calculus, include Erlang, Haskell, Lisp, ML, Scheme, Scala and F#.

Entendemos então que, em programação funcional, funções são abordadas no puro sentido matemático. A definição da Wikipedia para Lisp diz:

Lisp é uma família de linguagens de programação concebida por John McCarthy em 1958. Num célebre artigo, ele mostra que é possível usar exclusivamente funções matemáticas como estruturas de dados elementares (o que é possível a partir do momento em que há um mecanismo formal para manipular funções: o Cálculo Lambda de Alonzo Church).

Via de regra, toda linguagem funcional oferece algum tipo de construção para cálculo lambda.

Por exemplo, considere a seguinte função matemática:

f(x) = x + 30

Em Scala, ela poderia ser escrita assim:

val f = (x: Int) => x + 30
f(5)   // 35

Ou mesmo em Ruby, que apesar de não ser funcional, oferece suporte a algumas abordagens desse paradigma, poderia ser escrito assim:

f = lambda {|x| x + 30}
f[10]   # 40

2- High-order function

High-order functions são funções que podem receber outras funções como parâmetro, e também retorná-las como resultado. A estas damos o nome de função de primeira classe. Essa é uma característica extremamente importante em linguagens funcionais. Vejamos um exemplo:

def escolhido(a: Int, b: Int): Int = if (a >= b) a else b

def imprEscolhido(f: (Int, Int) => Int, a: Int, b: Int) =
println("O escolhido foi: " + f(a, b))

...

// usando a função escolhido
imprEscolhido(escolhido, 1, 5)   // 5

// usando uma função anônima
imprEscolhido((x: Int, y: Int) => x, 12, 2)   // 12

2- Currying

Currying é a técnica de transformar uma função que recebe multiplos argumentos de maneira que ela possa ser chamada como uma cadeia de funções, com apenas um argumento por vez. Na prática, o que acontece é que a cada chamada a uma função da cadeia, uma nova função é retornada.

Vamos ver um exemplo que pode ser encontrado na integra no site A Tour of Scala:

// cria uma função para filtrar uma lista
def filter(xs: List[Int], p: Int => Boolean): List[Int] =
  if (xs.isEmpty) xs
  else if (p(xs.head)) xs.head :: filter(xs.tail, p)
  else filter(xs.tail, p)

// cria uma função "módulo" para ser usada no filtro,
// por isso ela retorna "true" ou "false"
def modN(n: Int)(x: Int) = ((x % n) == 0)

// cria uma lista com números de 1 a 8
val nums = List(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 )

// imprime aplicando módulo em 2
println(filter(nums, modN(2)))   // List(2,4,6,8)

// imprime aplicando módulo em 3
println(filter(nums, modN(3)))   // List(3,6)

Se você não está familiarizado com código Scala, não se preocupe, à primeira vista parece meio esquisito mesmo. Por isso, não se atente aos detalhes. O importante aqui é você entender que a saída desse programa depende:

1º) Do número que é aplicado ao primeiro argumento (n) da função modN, quanto ela é chamada e o seu resultado passado como argumento à função filter – pois o seu resultado será uma “nova função” que receberá apenas o segundo argumento (x) que ela definiu;

2º) Do número que a função filter aplica ao único argumento que a função p (que é resultado da chamada a modN) aceita.

Ou seja, é como se a função modN tivesse seus dois argumentos parcialmente informados em dois momentos diferentes, tornando a sua chamada muito mais simples e flexível. Essa é a idéia da cadeia.

Vamos um ver outro exemplo, ainda em Scala, talvez um pouco mais simples:

// cria uma função que retorna "outra função" que recebe
// apenas o segundo argumento desta
def idadeAceita(m: Int)(i: Int): Boolean = i <= m

// ao ser chamada, a função idadeAceita retorna uma "nova
// função" que dei o nome de aplicarIdade e recebe apenas
// o segundo argumento definido por idadeAceita
val aplicarIdade: (Int) => Boolean = idadeAceita(18)

...

aplicarIdade(14)   // true
aplicarIdade(40)   // false

Acho que esse exemplo fala por si e dispensa maiores explicações. :)

Não é interessante como os diversos conceitos abordados até aqui vão se completando?

Que mais?

Bem, tudo que eu disse nesse post gigante é apenas uma visão geral. Talvez a pontinha do iceberg. Então espero que ele te motive a estudar um pouco mais sobre programação funcional. (O texto está repleto de links para outros texto interessantes.)

Valeu!