Elixirの「プロセス生成」と「プロセス間通信」を使って、リモートにあるPC上のファイルを一覧したり、ファイル内容を覗くクライアントサーバアプリをサクっと書いてみます

1. Elixir入門 第2回
「PC間で通信するアプリを
サクっと書いてみる」
with Docker
2017/04/07 ver0.5作成
2017/04/18 ver0.9作成

2. 1
1. オブジェクト指向からプロセス指向に
2. プロセスの起動
3. メッセージ送受信
4. 双方向のメッセージ送受信
5. PC間のメッセージ送受信
6. リモートPCを操作する
7. Elixirが提供する分散・並列サポート
8. プロセス指向の世界へようこそ
目次
※ページ最下部の章番号／ページは、Dave Thomas著「プログラミングElixir」の関連記載です。ご参考ください

3. 2
１．オブジェクト指向からプロセス指向に

4. 3
１．オブジェクト指向からプロセス指向に
オブジェクト指向プログラミングでは、様々な役割のオブジェクトを
生成し、オブジェクト内の状態を保持することで、高度な処理を
実現してきました
CPU単体の性能が伸び続ける間は、オブジェクト指向のままで
良かったのですが、2003年頃にCPU性能が頭打ちとなり、マル
チコアCPU／クラウドでの性能upが求められる中、オブジェクト指
向の状態保持は、分散・並列に向かず、裏目に出ています
Elixirでは、オブジェクトのようにプロセスを気軽に作り、通信する
ことで、スマートに分散・並列や状態管理を実現できます
一般的に、分散・並列のプログラミングは難しい、と言われますが、
Elixirなら、驚くほど簡単にスラスラ書けます

5. 4
２．プロセスの起動

6. 5
２．プロセスの起動
ElixirイメージをDockerで起動します
新たなElixirプロジェクトを作成します
プロジェクトをビルドします
lib/pass.exを、お好きなエディタで以下の通り、書き換えます
cd pass
# iex -S mix
> docker run --rm -v /c/piacere/code:/code -i -t trenpixster/elixir /bin/bash
# mix new pass
defmodule Pass do
def say( message "こんにちは。" ), do: IO.puts( message )
end

7. 6
２．プロセスの起動
ビルドし、通常の関数として実行すると、以下が表示されます
これが、spawnでプロセスを起動し、実行すると、以下のような、
関数の実行結果としての表示と、プロセスのIDが表示されます
iex> recompile()
iex> Pass.say
こんにちは。
:ok
iex> spawn( Pass, :say, [] )
こんにちは。
#PID<0.1805.0>
第1引数：モジュール名
第2引数：関数名 ※「:」を付ける
第3引数：関数に渡す引数のリスト
※参照：第14章 P162

8. 7
３．メッセージ送受信

9. 8
３．メッセージ送受信：受信プロセスの起動
さきほどは、メッセージ表示するプロセスを起動しましたが、今度は、
メッセージを待ち受け、メッセージを受信したら表示するプロセスを
起動します
受信プロセスを起動します
defmodule Pass do
…
def confirm() do
receive do
{ true, message } ->
IO.puts( "受信メッセージ'#{message}'。" )
end
IO.puts( "------ confirm() end ------" )
end
…
iex> recompile()
iex> pid = spawn( Pass, :confirm, [] )
#PID<0.1768.0>
見慣れない表記ですが後ほど解説します
※参照：第14章 P163

10. 9
３．メッセージ送受信：メッセージ送信
受信プロセスのプロセスID宛に"hello"のメッセージを送信すると、
受け取ったメッセージを表示し、受信プロセスは終了します
受信プロセスは、一度受け取ると、プロセス終了するため、再送
しても受信しません
iex> send( pid, { true, "hello" } )
受信メッセージ'hello'。
{true, "hello"}
------ confirm() end ------
iex> send( pid, { true, "hello" } )
{true, "hello"}
「受信メッセージ'hello'。」が表示されない
※参照：第14章 P163～164

11. 10
３．メッセージ送受信：受信（再帰）
繰り返し受信可能とするには、自身を再帰呼出します
これで再送しても、毎回メッセージを受信し、表示します
defmodule Pass do
…
def hear() do
receive do
{ true, message } ->
IO.puts( "受信メッセージ'#{message}'。再度メッセージを受け取れます。" )
end
hear()
IO.puts( "------ hear() end ------" )
…
# iex -S mix
iex> pid = spawn( Pass, :hear, [] )
#PID<0.496.0>
iex> send( pid, { true, "hello" } )
受信メッセージ'hello'。再度メッセージを受け取れます。
{true, "world"}
iex> send( pid, { true, "hello" } )
受信メッセージ'hello'。再度メッセージを受け取れます。
{true, "world"}
※参照：第14章 P164、166

12. 11
３．メッセージ送受信：受信のパターンマッチング
受信プロセスは、第1引数として「true」のみ受け付けるパターン
マッチングになっています
true以外を送信すると、メッセージの受け取りがされません
iex> pid = spawn( Pass, :hear, [] )
#PID<0.387.0>
iex> send( pid, { "hoge", "hello" } )
{"hoge", "hello"}
iex> send( pid, { :ok, "hello" } )
{:ok, "hello"}
defmodule Pass do
…
def hear() do
receive do
{ true, message } ->
IO.puts( "受信メッセージ'#{message}'。" )
…
受け取ったメッセージが表示されない
受け取ったメッセージが表示されない

13. 12
４．双方向のメッセージ送受信

14. 13
４．双方向のメッセージ送受信
メッセージ受信後に、送信元へメッセージを返却する、双方向の
メッセージ送受信を行ってみます
defmodule Pass do
…
def hear_after_say() do
receive do
{ sender_pid, message } ->
IO.puts( "受信メッセージ'#{message}'。返信をご確認ください。" )
send( sender_pid, { true, "これは'#{message}'の受信に対する返信です" } )
end
hear_after_say()
IO.puts( "------ hear_after_say() end ------" )
end
…
※参照：第14章 P163

15. 14
４．双方向のメッセージ送受信：受信後の返信確認
受信プロセスにメッセージを送り、受信したメッセージが表示され
るところまでは、これまでと同じですが、裏で返信をしています
自分宛に返ってきた返信を確認してみましょう
iex> recompile()
iex> pid = spawn( Pass, :hear_after_say, [] )
#PID<0.240.0>
iex> send( pid, { self(), "Yo, Yo" } )
受信メッセージ'Yo, Yo'。返信をご確認ください。
{#PID<0.209.0>, "Yo, Yo"}
返信先としての自分のPIDを渡します
iex> receive do { true, message } -> IO.puts message end
「Yo, Yo」受信の返信
:ok
※参照：第14章 P163～164

16. 15
４．双方向のメッセージ送受信：返信確認②
receive～を手入力する代わりに、confirm()を使って、自分
宛に返ってきた返信を確認することもできます
なお、confirm()は、もし返信が無かった場合、ずっと待ち続け
てしまいます
iex> send( pid, { self(), "hear to me." } )
受信メッセージ'hear to me.'。返信をご確認ください。
{#PID<0.209.0>, "hear to me."}
iex> Pass.confirm()
受信メッセージ'「hear to me.」受信の返信'
------ confirm() end ------
:ok
iex> Pass.confirm
… sendしないときは返信も無いため
待ち続けてしまう
※参照：第14章 P164

17. 16
４．双方向のメッセージ送受信：返信タイムアウト
チェックから5秒間、返信無なら、タイムアウトさせます
これで返信が無くても、待ち続けないようになります
defmodule Pass do
…
def confirm() do
receive do
{ true, message } ->
IO.puts( "受信メッセージ'#{message}'。" )
after 5000 ->
IO.puts( "Timeout..." )
end
IO.puts( "------ confirm() end ------" )
…
iex> recompile()
iex> Pass.confirm
Timeout...
------ confirm() end ------
:ok
※参照：第14章 P165

18. 17
５．PC間のメッセージ送受信

19. 18
５．PC間のメッセージ送受信：ノード1の起動
以下コマンドで、1つ目のノードに名前を付けてiexを起動します
ここでは、以下IPアドレスを確認した、と想定します
iexが起動したら、自分のノード名を確認します
説明上、これを「ノード1」とし、受信側を担当させます
# ifconfig
（IPアドレスを確認）
# iex --name node1@【IPアドレス】 --cookie elixir-example -S mix
iex(node1@172.17.0.2)> Node.self
:"node1@172.17.0.2"
# iex --name node1@172.17.0.2 --cookie elixir-example -S mix
※参照：第15章 P183～186

20. 19
５．PC間のメッセージ送受信：ノード2の起動
別のシェルを起動し、もう1つのDockerを起動します
こちらを説明上「ノード2」とし、送信側を担当させます
※背景も青色にしてノード1と区別します
送信用の新たなElixirプロジェクトを作成します
2つ目のノードにも名前を付けてiexを起動します
ここでは、以下IPアドレスを確認した、と想定します
> docker run --rm -v /c/piacere/code:/code -i -t trenpixster/elixir /bin/bash
# ifconfig
（IPアドレスを確認）
# iex --name node2@【IPアドレス】 --cookie elixir-example -S mix
# iex --name node2@172.17.0.3 --cookie elixir-example -S mix
# mix new sender

21. 20
５．PC間のメッセージ送受信：PC同士の接続
ノード2からノード1に接続し、trueが返ってくれば接続成功です
ノード1で受信プロセスを起動し、「passing」という名前で名前
登録します
iex(node2@172.17.0.3)> Node.connect :"node1@172.17.0.2"
true
iex(node2@172.17.0.3)> Node.list
[:"node1@172.17.0.2"]
iex(node1@172.17.0.2)> pid = spawn( Pass, :hear_after_say, [] )
#PID<0.591.0>
iex(node1@172.17.0.2)> :global.register_name( :passing, pid )
:yes
※参照：第15章 P186～187

22. 21
５．PC間のメッセージ送受信：プロセス名検索
ノード2から、ノード1の受信プロセスを名前検索してみます
PIDの後半が、ノード1での受信プロセス起動時のPIDと一致し
ており、ノード2からの受信プロセスの特定に成功しています
では、ノード2から、ノード1の受信プロセス宛に、メッセージを送信
してみましょう
iex(node2@172.17.0.3)> send( :global.whereis_name( :passing ), { self(),
"inter-node" } )
{#PID<0.203.0>, "inter-node"}
iex(node2@172.17.0.3)> :global.whereis_name( :passing )
#PID<19536.591.0>
※参照：第15章 P187

23. 22
５．PC間のメッセージ送受信：PC間の通信
ノード1を確認すると、ノード2から送信したメッセージが受信され
ています
受信したノード1がノード2に返信したことも確認できます
このように、異なるPC間のメッセージ送受信も、ローカル内通信
のコードからほぼ変更無しに、アッサリと実現できました
iex(node1@172.17.0.2)>
受信メッセージ'inter-node'。返信をご確認ください。
iex(node2@172.17.0.3)> Pass.confirm
受信メッセージ'「inter-node」受信の返信'。
------ confirm() end ------
:ok

24. 23
６．リモートPCを操作する

25. 24
６．リモートPCを操作する
さぁ、いよいよ、PC間のプロセス通信を使って、「リモートPC操作」
を行う、興味深いアプリを開発してみましょう
リモートPCのカレントフォルダを返すサーバをノード1に作ります
ビルドします
defmodule Pass do
…
def pwd_server() do
receive do
{ sender_pid, _ } ->
{ :ok, result } = File.cwd()
send( sender_pid, { true, result } )
end
pwd_server()
end
…
iex(node1@172.17.0.2)> recompile()

26. 25
６．リモートPCを操作する
ノード2でconfirm()等を使い、メッセージを受信可能としたいの
ですが、Passモジュールは、ノード1にしか無いため、使えません
これをノード2で利用可能とするため、モジュールを配布します
(あらかじめ前述したノード間接続を済ませてから実施)
今度は成功します
iex(node1@172.17.0.2)> nl( pass )
{:ok, [{:"node1@172.17.0.4", :loaded, Pass}]}
iex(node2@172.17.0.3)> Pass.say
** (UndefinedFunctionError) function Pass.say/0 is undefined (module Pass is
not available)
Pass.say()
iex(node2@172.17.0.3)> Pass.say
こんにちは。
:ok

27. 26
６．リモートPCを操作する
ノード1で、カレントフォルダを返すサーバを起動し、登録します
ノード2から、ノード1のカレントフォルダを取得することができます
iex(node1@172.17.0.2)> pid = spawn( Pass, :pwd_server, [] )
#PID<0.305.0>
iex(node1@172.17.0.2)> :global.register_name( :pwd, pid )
:yes
iex(node2@172.17.0.3)> send( :global.whereis_name( :pwd ), { self(), ""} )
{#PID<0.112.0>, ""}
iex(node2@172.17.0.3)> Pass.confirm
受信メッセージ'/code/pass'。
------ confirm() end ------
:ok

28. 27
６．リモートPCを操作する
サーバ起動やメッセージ送受信を毎回記述するのを避けるため、
関数にまとめます
defmodule Pass do
…
def start_pwd_server() do
pid = spawn( Pass, :pwd_server, [] )
:global.register_name( :pwd, pid )
end
def pwd() do
send( :global.whereis_name( :pwd ), { self(), "" } )
listen()
end
def listen() do
receive do
{ true, message } -> IO.puts( message )
after 5000 -> IO.puts( ".....Timeout....." )
end
end
…

29. 28
６．リモートPCを操作する
ビルドし、配布します
ノード1でサーバプロセスを起動します
ノード2から、ノード1上でのpwdを実施します
だいぶ呼び出しがスッキリしました
この調子で、ls／cd／catを実装してみましょう
iex(node1@172.17.0.2)> recompile()
iex(node1@172.17.0.2)> nl( Pass )
iex(node1@172.17.0.2)> Pass.start_pwd_server
:yes
iex(node2@172.17.0.3)> Pass.pwd
/code/pass
:ok

30. 29
６．リモートPCを操作する
lsサーバ／クライアントの実装は以下の通りです
defmodule Pass do
…
def ls_server() do
receive do
{ sender_pid, path } ->
{ :ok, result } = File.ls( path )
send( sender_pid, { true, result } )
end
ls_server()
end
def start_ls_server() do
pid = spawn( Pass, :ls_server, [] )
:global.register_name( :ls, pid )
end
def ls( path "." ) do
send( :global.whereis_name( :ls ), { self(), path } )
listen()
end
…

31. 30
６．リモートPCを操作する
cdサーバ／クライアントの実装は以下の通りです
defmodule Pass do
…
def cd_server() do
receive do
{ sender_pid, path } ->
{ :ok, result } = File.cd( path )
send( sender_pid, { true, result } )
end
cd_server()
end
def start_cd_server() do
pid = spawn( Pass, :cd_server, [] )
:global.register_name( :cd, pid )
end
def cd( path "/code/pass" ) do
send( :global.whereis_name( :cd ), { self(), path } )
listen()
end
…

32. 31
６．リモートPCを操作する
catサーバ／クライアントの実装は以下の通りです
defmodule Pass do
…
def cat_server() do
receive do
{ sender_pid, path } ->
{ :ok, result } = File.read( path )
send( sender_pid, { true, result } )
end
cat_server()
end
def start_cat_server() do
pid = spawn( Pass, :cat_server, [] )
:global.register_name( :cat, pid )
end
def cd( path ) do
send( :global.whereis_name( :cat ), { self(), path } )
listen()
end
…

33. 32
６．リモートPCを操作する
各サーバをまとめて起動・停止できるようにします
ビルドし、配布します
defmodule Pass do
…
def start_servers() do
Node.connect :"node2@172.17.0.3" # 手間を省くためで本来ここに書かない方が良い
start_pwd_server()
start_ls_server()
start_cd_server()
start_cat_server()
end
def stop_servers() do
if :global.whereis_name( :pwd ) != :undefined, do: Process.exit( :global.whereis_name( :pwd ), :normal )
if :global.whereis_name( :ls ) != :undefined, do: Process.exit( :global.whereis_name( :ls ), :normal )
if :global.whereis_name( :cd ) != :undefined, do: Process.exit( :global.whereis_name( :cd ), :normal )
if :global.whereis_name( :cat ) != :undefined, do: Process.exit( :global.whereis_name( :cat ), :normal )
:global.unregister_name( :pwd )
:global.unregister_name( :ls )
:global.unregister_name( :cd )
:global.unregister_name( :cat )
end
…
iex(node1@172.17.0.2)> recompile()
iex(node1@172.17.0.2)> nl( Pass )

34. 33
６．リモートPCを操作する
ノード1でサーバプロセス群を起動します
ノード2から、ノード1上でのcdとlsを実施します
表示がヘンなので、後ほど修正しましょう
iex(node1@172.17.0.2)> Pass.start_servers
:yes
iex(node2@172.17.0.3)> Pass.cd "deps/poison/"
/code/pass/deps/poison
:ok
iex(node2@172.17.0.3)> Pass.ls
.gitignoreconfiglibmix.exsmix.lockREADME.mdtest_build
:ok

35. 34
６．リモートPCを操作する
ノード2から、ノード1上でのcatを実施します
1UNIXコマンド1プロセスといった感じで、サーバプロセスを起動し、
クライアントから通信してリモートPCでの処理をする分散処理が
気軽に書ける、という雰囲気が伝わったでしょうか？
iex(node2@172.17.0.3)> Pass.cat "README.md"
# Poison
[…
[…
[…
[…
Poison is a new JSON library for Elixir focusing on wicked-fast **speed**
…(ファイル内容の表示が続く)…
[1]: http://www.erlang.org/euc/07/papers/1700Gustafsson.pdf
[2]: http://www.erlang.org/workshop/2003/paper/p36-sagonas.pdf
[3]: http://jlouisramblings.blogspot.com/2013/07/problematic-traits-in-erlang.html
[4]: http://prog21.dadgum.com/70.html
:ok

36. 35
６．リモートPCを操作する：リスト1件ずつの処理
lsの表示を修正します
File.ls()の戻り値は、フォルダ内のファイルのリストになっており、
データとしては以下のような感じです
これをそのままIO.puts()に渡すと、区切りの無い文字列として
表示してしまいます
対策として、1件ずつ改行を入れる処理を施します
これをIO.puts()に渡すと、1行毎の表示が行われます
[".gitignore", "config", "libmix.exs", "mix.lock", "README.md"]
iex> [".gitignore", "config", "libmix.exs", "mix.lock", "README.md"] |>
Enum.map( fn( x ) -> x <> "n" end )
[".gitignoren", "confign", "libmix.exsn", "mix.lockn", "README.mdn"]
iex> [".gitignore", "config", "libmix.exs", "mix.lock", "README.md"] |> IO.puts
.gitignoreconfiglibmix.exsmix.lockREADME.md
:ok
※参照：第10章 P92

37. 36
６．リモートPCを操作する
lsサーバにEnum.mapを追加します
ビルドし、配布します
defmodule Pass do
…
def ls_server() do
receive do
{ sender_pid, path } ->
{ :ok, result } = File.ls( path )
send( sender_pid, { true, result |> Enum.map( fn( x ) -> x <> "n" end ) } )
end
ls_server()
end
…
iex(node1@172.17.0.2)> recompile()
iex(node1@172.17.0.2)> nl( Pass )

38. 37
６．リモートPCを操作する
lsの表示が直りました
なお、下記のように短縮表記できます
iex(node2@172.17.0.3)> Pass.ls
.gitignore
config
lib
mix.exs
mix.lock
README.md
:ok
defmodule Pass do
…
def ls_server() do
receive do
{ sender_pid, path } ->
{ :ok, result } = File.ls( path )
send( sender_pid, { true, result |> Enum.map( &( &1 <> "n" ) ) } )
end
ls_server()
end
…
※参照：第5章 P42

39. 38
７．Elixirが提供する分散・並列サポート

40. 39
７．Elixirが提供する分散・並列サポート
ここまでで説明した、分散・並列や状態管理は、しょっちゅう似た
ようなものを実装することになるため、既にパターン化されています
(OTP：Open Telecom Platformと総称されています)
以下に幾つかそのパターンを紹介しておきます
GenServer・・・汎用サーバIFパターン
状態の保持・参照のインタフェース※を規定する
※ビヘイビアと呼ばれる (Javaで言うところのinterface)
Supervisor・・・プロセス監視・再起動パターン
プロセスがエラー等でダウンしたとき、自身でリカバリーするのでは
無く、プロセス監視と事前に決めた手順でリカバリーする仕組み
他にも、プロセスモニターというGUIツールもあります
※参照：第16章 P193～208、台17章 P209～217

41. 40
８．プロセス指向の世界へようこそ

42. 41
８．プロセス指向の世界へようこそ
今回は、Elixirのプロセスと通信についてご説明しました
分散・並列のベースとなる、プロセス生成および通信による処理
の組み立てが「そこまで難しく無いかも？」と思っていただけたら、
この入門としては大成功です
今後ますますマルチコアCPU／クラウドでの性能upが求められる
のに対し、「いかに分散・並列が簡単にスラスラ書けるか？」は、
アプリ開発において最も重要となるでしょう
Elixirは、それをアッサリ叶えてくれるので、あなたが今後もアプリ
開発を続けていくのであれば、オブジェクト指向からプロセス指向
にシフトする機会をElixirからぜひ得て欲しいです
仕事でも趣味でも、プログラミングライフをエンジョイしてください！