Erlang與java的內存架構比較

Erlang是一門函數語言，通過異步消息傳遞來處理并發，使用語義拷貝傳遞消息。即使Erlang分布在多個虛擬機上，運行在多臺機器上，對程序員來說也是透明的。

在某種意義上Erlang和java是相似的，他們都通過虛擬機來獲得可移植性，都采用獨立于操作系統的字節碼技術，都使用垃圾回收機制來解脫程序員自己管理內存的麻煩。

Erlang中線程的開銷是非常低的。我相信在Erlang中，一個線程只需要大約512字節的內存。而java線程則需要512K字節的內存，大約是Erlang的一千倍多。對程序員來說，這意味著創建一個線程非常輕便。典型的Erlang系統中可以有上萬的線程。所以Erlang不需要做線程池、executors等等，那些我們寫java多線程要用到的東西。

在我過去很少涉獵的語言中，我發現Erlang既保持了函數語言的特性，又能夠做出真正的應用來。Erlang健壯的分布式錯誤處理非常驚艷，讓編寫任何一種網絡服務變得相當容易。這種狀態機的處理方式使web服務在出錯時，處理回滾非常自然。

不過這篇文章不打算討論Erlang的編程模型，這里主要想討論Erlang虛擬機的內存管理方式。

目前java虛擬機采用了一種被Erlang程序員稱作“共享堆”的機制，虛擬機維護了一個可以被所有線程共享和使用的大堆（堆和棧什么區別）。這個堆占用了虛擬機的大部分內存。在這個大堆里，也包括了虛擬機的一些特殊數據區域，例如代碼緩存和永久區。這些特殊數據區也是被所有線程共享的。

相反的，Erlang使用一種私有堆的技術。每個線程都有一個只屬于自己的小堆，里面包含了這個線程用到的所有數據以及線程棧。這個堆是在線程被創建的時候分配的。當這個線程結束了，它的私有堆內存就被虛擬機收回了。

除了私有堆，Erlang中所有的線程都能訪問兩個特殊的堆，二進制堆和消息堆。二進制堆被分配了大量的數據塊，以便線程線間共享數據。例如文件輸入或是網絡緩沖區。

消息堆里放的是消息（messages）數據。這些消息也可以在進程間共享。線程之間傳遞消息的方式，是從發送線程復制一個指針到接收線程。這些消息數據就被存放在消息堆里。

我對Erlang的內存模型印象深刻。被它比java更具擴展性的內存模型給震撼了。而且這門語言的語法和他的內存模型結合的非常漂亮。

因為有私有堆，Erlang線程對自己的數據檢查不需要采用任何形式的鎖。并且私有堆也避免了破壞性的寫，這樣也就沒有了對共享數據加鎖的需求。

最新版的Erlang又往前走了一步，采用了多個調度器（scheduler）。每個物理處理器有一個調度器可以保證更精確。而且這也消除了另一種需要檢查的鎖。僅當一個調度器無用了，才會用到鎖，以便從其他處理器上獲得一個新的調度器。

關于java，我們仍然有很多東西要去學習。也是就說，java里還是有些好東西的，也正是因為這點，我才沒有使用大型的Erlang系統。

當Erlang線程積累了大量數據的時候，Erlang虛擬機會重新分配空間，擴大私有堆。然而，這個重新分配的算法會導致堆空間急速增長。在高負載下，我們看到Erlang虛擬機在幾分鐘內吃掉了16G的內存！每次發布版本都要小心的做負載測試，看看它的內存需求是否能被滿足。

Erlang虛擬機沒有抑制內存增長的機制。虛擬機不斷的分配內存，迫使系統不得不使用交換區（swap），直到虛擬內存被耗盡。這可能會導致用KVM控制臺訪問系統變得很遲鈍。使我們不得不重啟系統，才能夠再次訪問它。

基于隊列的編程模型讓Erlang編程變得非常愉快，但這也是Elang系統設計上的致命缺陷。Erlang的每一個隊列都是無界的。虛擬機不會拋出異常，也不會限制一個隊列的消息數量。有時候會出現，一個進程可能由于bug而停止工作，或者進程消費消息的速度跟不上消息發送速度的情況。在這種情況下，Erlang還是允許這個進程的消息隊列不斷的增長，直到虛擬機被殺掉，或是這個機器被鎖死了。

這意味著當你在生產環境運行Erlang虛擬機時，要配備一個系統級的檢測，以便在Erlang內存使用量飛漲的時候能夠殺死進程。所以，運行大型Erlang應用的機器需要能被遠程訪問和操作（是不是意味著需要經常上去處理問題？？）。

總的來說，我認為在Erlang的工具箱里，“私有堆”是一個非常強大的工具。它避免了實時系統里的鎖機制，這個意味著它將比java更具擴展性。而java的硬性限制內存的模型，則能在你的系統壓力劇增，或是遭受DDOS攻擊的時候保持穩定。

有一個命令行，可以將Erlang的虛擬模型從“私有堆”改成“共享堆”。

Erlang和java，他們很難進行比較，因為對開發者來說，他們的共同點很少。一般情況下，很多人在大多數系統里使用java。因為它有很好的工具支持，而且有大量的lib包可以使用。當需要一個面向信息流的系統時，大多會使用Erlang。這才是Erlang模型真正放光芒的時候。

erlang與java構建的節點通訊

我們知道，erlang在開源社區的活躍度遠遠不及java社區，在java社區中有很多優秀的開源框架，比如struts、hibernate、 spring、hadoop、hbase等，為了讓erlang和java社區的眾多開源框架相結合，讓他們優勢互補，可以讓erlang來調用java寫的中間件。

erlang提供了一個Jinterface代碼包，java可以和erlang建立節點通信。通過這種方式，erlang可以將 java構建的節點也當作erlang的一個節點，java可以接收erlang傳過來的消息，并且處理之后以異步的方式發送處理結果。

erlang與java構建的節點通訊

安裝erlang后，可以在安裝目錄找到這個Jinterface代碼包 OtpErlang.jar，路徑是 erl5.10.3\lib\jinterface-1.5.8\priv\OtpErlang.jar

?

Java的代碼如下：

package erljava;

import com.ericsson.otp.erlang.OtpErlangObject;

import com.ericsson.otp.erlang.OtpErlangPid;

import com.ericsson.otp.erlang.OtpErlangTuple;

import com.ericsson.otp.erlang.OtpMbox;

import com.ericsson.otp.erlang.OtpNode;

public class ErlJavaNode{

public static void main（String［］ args） throws Exception {

String cookie = “123456”;

OtpNode node = new OtpNode（“java_node@127.0.0.1”， cookie）;

OtpMbox mbox = node.createMbox（）;

mbox.registerName（“java_node_name”）;

System.out.println（“java node start”）;

OtpErlangObject o;

OtpErlangTuple msg;

OtpErlangPid from;

while （true） {

try {

o = mbox.receive（）;

System.out.println（“recv：” + o）;

if （o instanceof OtpErlangTuple） {

msg = （OtpErlangTuple） o;

from = （OtpErlangPid） （msg.elementAt（0））;

mbox.send（from， msg.elementAt（1））; // 原消息返回

}

} catch （Exception e） {

System.out.println（“” + e）;

}

}

}

}

erlang給java節點發送消息：

C：\>erl -name erl_node@127.0.0.1 -setcookie 123456

Eshell V5.10.3 （abort with ^G）

（erl_node@127.0.0.1）1> {java_node_name，‘java_node@127.0.0.1’} ！ {self（），{a，bc，d}}。

{《0.37.0>，{a，bc，d}}

（erl_node@127.0.0.1）2> flush（）。

Shell got {a，bc，d}

ok

分析erlang與java節點無法通訊

1、epmd服務未啟動

先在本機啟動一個erlang節點，沒有的話，如果先執行Java代碼系統會拋出異常。原因是所有erlang節點之間的通訊都要依賴一個底層的epmd的服務，這個模塊的主要功能是提供通過相互通過name來識別機器的機制。這個機制類似dns功能，先通過一個名稱服務中間件，使用name獲取所對應的ip地址，然后再利用這個ip地址建立連接。

另一種方式是手動啟動epmd服務，在erlang安裝目錄下找到epmd進程，執行命令 epmd -daemon

2、erlang版本不一致

java使用的OtpErlang包和shell使用的erlang版本不一致，erlang是不允許主版本不同的erlang節點進行連接。

erlang與java節點通訊的好處

erlang節點通訊也是依靠socket實現的，雖然erlang和java可以直接用socket連接，但使用節點通訊的有很多好處，和erlang節點通訊一樣，支持erlang所有的數據結構，而且還不用定義傳輸協議，多節點通訊也會變得復雜。做成erlang節點，能極大程度利用到erlang分布式的好處。

java判斷erlang節點是否連接成功

if （node.ping（“erl_node@127.0.0.1”， 2000）） {

System.out.println（“connect ok”）;

} else {

System.out.println（“connect fail”）;

}

java主動與erlang節點通訊實例

前面說到是erlang連接java節點的情況，現在討論java主動連接erlang節點的情況。

erlang建立節點，注冊進程名字

C：\>erl -name erl_node@127.0.0.1 -setcookie 123456

Eshell V5.10.3 （abort with ^G）

（erl_node@127.0.0.1）1> register（erl_node_name， self（））。

true

java代碼如下：

package erljava;

import com.ericsson.otp.erlang.OtpConnection;

import com.ericsson.otp.erlang.OtpErlangAtom;

import com.ericsson.otp.erlang.OtpErlangObject;

import com.ericsson.otp.erlang.OtpErlangTuple;

import com.ericsson.otp.erlang.OtpPeer;

import com.ericsson.otp.erlang.OtpSelf;

public class ErlJavaNode {

public static void main（String［］ args） throws Exception {

String cookie = “123456”;

OtpSelf self = new OtpSelf（“java_node@127.0.0.1”， cookie）;

OtpPeer other = new OtpPeer（“erl_node@127.0.0.1”）;

OtpConnection connection = self.connect（other）;

System.out.println（“java node start”）;

if （connection.isConnected（）） {

System.out.println（“connect ok”）;

OtpErlangObject［］ msg = new OtpErlangObject［2］;

msg［0］ = self.pid（）;

msg［1］ = new OtpErlangAtom（“hello， world”）;

OtpErlangTuple tuple = new OtpErlangTuple（msg）;

connection.send（“erl_node_name”， tuple）;

} else {

System.out.println（“connect fail”）;

}

}

}

erlang刷新信箱，就可以看到java發來的消息：

（erl_node@127.0.0.1）2> flush（）。

Shell got {《6872.1.0>，‘hello， world’}

ok