Erlang (Programmiersprache)

Erlang
	; Funktionale Programmiersprache
Basisdaten
Paradigmen:	funktional, nebenläufig, prädikativ
Erscheinungsjahr:	1987
Designer:	Joe Armstrong, Robert Virding, Mike Williams
Entwickler:	Ericsson
Aktuelle Version	26.2.3 (7. März 2024)
Typisierung:	dynamisch, stark
Wichtige Implementierungen:	Erlang
Beeinflusst von:	Prolog
Beeinflusste:	Clojure, Scala, Elixir
Betriebssystem:	Windows, Linux, macOS, Solaris
Lizenz:	Apache Software License 2.0
	www.erlang.org

Erlang ist eine Programmiersprache, die bei Ericsson von Joe Armstrong und anderen entwickelt wurde. Sie ist nach dem dänischen Mathematiker Agner Krarup Erlang benannt, der Name kann aber auch für Ericsson language stehen.^[2]

Eigenschaften

Spricht man von Erlang, meint man meistens nicht nur die relativ kompakte Sprache, sondern auch das Laufzeitsystem und die umfangreiche Bibliothek. Zusammen wird das System Erlang/OTP genannt, wobei OTP eine Abkürzung für The Open Telecom Platform ist. Es handelt sich dabei um eine Middleware für den Bau verteilter, hochverfügbarer Systeme. Hervorzuheben sind z. B. die verteilten Datenbanken Mnesia und CouchDB.

Erlang wurde ursprünglich für die Programmierung von Anwendungen in der Telekommunikation geschaffen, insbesondere für Vermittlungsstellen von Telefonnetzen (Switch).

Die dort vorhandenen besonderen Anforderungen gingen unmittelbar in den Entwurf der Programmiersprache und des Laufzeitsystems ein:

Parallelität
hohe Verfügbarkeit
Fehlertoleranz
Auswechseln von Modulen zur Laufzeit etc.

Erlang genügt den Paradigmen der funktionalen, nebenläufigen und verteilten Programmierung. Joe Armstrong, der geistige Vater von Erlang, bezeichnete sie am liebsten als Concurrency Oriented Programming Language (COPL), was in etwa als nebenläufig ausgerichtete Programmiersprache zu übersetzen ist und andeutet, dass Prozesse die wichtigsten Objekte in Erlang sind. Den funktionalen Kern fand er weniger wichtig, auch wenn dieser wegen der Vermeidung von Nebeneffekten recht nützlich für die nebenläufige Programmierung ist.

Erlang ist eine der wenigen funktionalen Programmiersprachen, die in der Industrie eingesetzt werden. Insbesondere Telefon- und Netzwerkausrüster setzen Erlang wegen seiner guten Skalierbarkeit und Parallelität ein.

Prozesse sind in Erlang sehr ressourcenschonend implementiert. Der in Erlang geschriebene Webserver Yaws mit seiner hohen Skalierbarkeit ist ein Beispiel dafür.

Die Syntax von Erlang erinnert an die von Prolog, was nicht ganz verwundert, da das System anfänglich als in Prolog geschriebener Interpreter vorlag.

Basierend auf dem von Erlang verwendeten Binärformat^[3] wurde das allgemeine Binärformat BERT und ein darauf aufbauendes Remote-Procedure-Call-Protokoll entwickelt.^[4]

Mitgelieferte Software

Mit der Erlang-Distribution werden viele nützliche Zusatzwerkzeuge mitgeliefert, die die Programmierung von Anwendungen deutlich erleichtern:

OTP: Die Open Telecom Platform erleichtert das Bauen von wirklich stabilen, parallelen Anwendungen mit zusätzlichen Eigenschaften wie das dynamische Austauschen des Codes während der Laufzeit. OTP ist eine Bibliothek, die verschiedene Behaviors (Verhalten) zur Verfügung stellt, die die Funktionalität einer Anwendung von dem Modell dahinter (Funktionsaufruf, Client/Server usw.) trennen.
ETS/DETS: ETS und DETS ((Disk) Erlang Term Storage) sind zwei eng verwandte Speichersysteme für Erlang-Terme (Tupel, Listen, Atome, also eingebaute Datentypen), die eine große Skalierbarkeit und eine kleine Zugriffszeit bieten. Die grundlegenden Operationen sind insert und lookup. Genutzt wird eine Schlüssel-Wert-Struktur (Key-Value-Storage).
Mnesia: Mnesia ist ein vollwertiges, eingebautes Datenbanksystem (DBMS). Ähnlich wie bei ETS werden Erlang-Terme gespeichert. Mnesia bietet eine Verteilung über mehrere Erlang-Knoten (Nodes), die Speicherung im RAM oder auf der Festplatte, mehrere Tabellen und atomare Transaktionen.

Außerdem besitzt die Standardbibliothek mächtige Socket-Funktionen für TCP und UDP und viele andere kleine Werkzeugfunktionen für Listen, Binärdaten etc.

Beispiele

Berechnung der Fakultät

Dieser Code muss in der Datei test.erl stehen, da das Modul (Zeile 1) ebenfalls test heißt. Die Export-Direktive macht die Funktion fac() auch von außerhalb aufrufbar.

Die beiden Zeilen, die mit fac( beginnen, werden clauses genannt. Im C++-Jargon könnte man die Nutzung von clauses mit dem Überladen vergleichen. Bei jedem Aufruf einer Funktion wird der Reihe nach durchprobiert, zu welchem clause die gegebenen Argumente passen (match), wobei der erste passende clause genutzt wird. Der letzte clause endet mit ., alle vorherigen mit ;.

-module(test).
-export([fac/1,fac_tr/1]).

%%% nicht-endrekursive Version
fac(0) -> 1;
fac(N) -> N * fac(N-1).

%%% endrekursive Version (tail recursive)
fac_tr(0,Yet) -> Yet;
fac_tr(N,Yet) -> fac_tr(N-1,Yet*N).

%% Hilfsfunktion
fac_tr(N) -> fac_tr(N,1).

Quicksort

%% quicksort(List)
%% Sort a list of items
-module(quicksort).
-export([qsort/1]).

qsort([]) -> [];
qsort([Pivot|Rest]) ->
    qsort([ X || X <- Rest, X < Pivot])
    ++ [Pivot] ++
    qsort([ Y || Y <- Rest, Y >= Pivot]).

Im obigen Beispiel wird die Funktion qsort rekursiv aufgerufen, bis nichts mehr zum Sortieren vorhanden ist.

Der Ausdruck

[ X || X <- Rest, X < Pivot]

kann interpretiert werden als „wähle alle ‚X‘, wobei ‚X‘ ein Element von ‚Rest‘ ist und ‚X‘ kleiner ist als ‚Pivot‘“. Dies hat eine sehr bequeme Art der Listenbehandlung zur Folge (in der Literatur als List Comprehension bezeichnet). Praktisch bedeutet dies, dass eine Liste zurückgegeben wird, die alle Elemente aus Rest enthält, die kleiner als Pivot sind (aber nicht notwendigerweise nach Größe geordnet sind).

Eine kleine verteilte Anwendung, die auf zwei Erlang-Prozessen läuft

-module(ping_pong).
-export([ping/0, pong/0]).

ping() ->
    Receiver = spawn(ping_pong, pong, []),
    Receiver ! {self(), ping},
    receive
        pong ->
            ping
    end.

pong() ->
    receive
        {Sender, ping} ->
            Sender ! pong
    end.

Kommuniziert wird per Message Passing. Der Operator ! sendet eine Nachricht, die asynchron übertragen wird, d. h. der Prozess wartet nicht, bis die Nachricht empfangen wurde.

Mnesia

Einträge in der Mnesia-Datenbank (siehe oben) sind Erlang-Records (Records sind syntaktischer Zucker zum einfacheren Umgang mit großen Tupeln), sprich Tupel nach dem Muster {recordname,key,feld1,feld2,feld3}. Das erste Feld im Tupel muss der Tabellenname sein (bei Records ist das erste Feld im generierten Tupel der Name des Records), das zweite Feld ist die für relationale Datenbanken typische, eindeutige ID in der jeweiligen Tabelle. Beispiel:

%% Shell-Sitzung
% Record definieren
rd(table1,{field1,field2}).

% Mnesia-Instanz erzeugen (Struktur im aktuellen Verzeichnis)
mnesia:create_schema([node()]).
% Mnesia-Server starten
mnesia:start().

% Definiere Tabelle 'table1' mit den Feldern field1 und field2 (Wie der Record)
mnesia:create_table(table1,[{attributes,record_info(fields,table1)}]).

% Definiere Transaktion, die einen Datensatz einfügt.
F = fun() -> Record = #table1{ field1=helloWorld, field2=xyz }, mnesia:write(Record) end.
% Das gleiche wie
% F = fun() -> Record = {table1, helloWorld,xyz}, mnesia:write(Record) end.

% Führe atomare Transaktion aus.
mnesia:transaction(F).

% Query-Transaktion. qlc:q() kompiliert eine Listenkomprehension, qlc:e() führt sie aus.
G = fun() -> Query = qlc:q([X || X <- mnesia:table(table1)]), qlc:e(Query) end.

% Führe Transaktion aus. ListOfTuples ist eine Liste der Tupel, die die Anfrage erfüllen
{atomic, ListOfTuples} = mnesia:transaction(G).

mnesia:stop().

Prominente Anwendungen

AnyDesk – Fernwartungssoftware
CouchDB – Dokumentenorientierte Datenbank
ejabberd – XMPP-Server
RabbitMQ – AMQP Messaging Server
Riak – Datenbank
SimpleDB – Datenbank der Amazon Web Services
WhatsApp-Backend – Mobilfunk-Messenger
Wings 3D – Modeler
YXA – SIP Server
Zotonic – CMS/Framework

Kommerzieller Einsatz von Erlang

Erlang ist eine der wenigen funktionalen Programmiersprachen, die auch in der Industrie eingesetzt werden. Zu den bekannten Anwendern gehören:

Alteon/Bluetail/Nortel (verteiltes, fehlertolerantes E-Mail-System, SSL-Beschleuniger)
AnyDesk – Fernwartungssoftware
Cellpoint (Ortsbasierte mobile Dienste)
Corelatus (SS7 signalling black box).
Ericsson (AXD301-Switch)
Facebook (ejabberd-based Chat Engine)
Finnish Meteorological Institute (Datenerfassung und Echtzeitüberwachung)
GitHub (für RPC)^[5]
IN Switch Solutions (ePIN elektronisches Zahlungssystem)
Mobilearts (GSM und UMTS-Dienste)
Motivity Telecom (SS7/ISDN Gateways)
Netkit Solutions (Netzwerktechniküberwachung & Operations-Support-Systeme)
Process-one (Kommerzialisiert den ejabberd XMPP Server)
Telekom Deutschland (Mobilfunkbetreiber)
Telia (Telekomdienstleister)
Tenerife Skunkworks (Online-Pokerserver)
Clustrx (HPC-OS)^[6]
WhatsApp (Mobiler Messenger via XMPP)^[7]
Tambur.io (WebSocket Messaging Gateway als Software as a Service)^[8]
Discord (Echtzeit-Kommunikation)^[9]

Literatur

Pavlo Baron: Erlang/OTP – Plattform für massiv-parallele und fehlertolerante Systeme. Open Source Press, München 2012, ISBN 978-3-941841-45-1

Weblinks

Commons: Erlang (Programmiersprache) – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

erlangcentral.org – Erlang Community-Seite
Tim Pritlove: Erlang-Podcast auf CRE (März 2008)
yaws.hyber.org – Homepage des „Yaws“-Webservers
Programming Rules and Conventions
www.erlang.org – Homepage von Open Source Erlang
24c3 – Konzeptionelle Einführung in Erlang (Video)

Einzelnachweise

↑ Release 26.2.3. 7. März 2024 (abgerufen am 20. März 2024).
↑ Interview mit Joe Armstrong auf CIO.com.au (Memento desOriginals vom 19. Juni 2009 im Internet Archive) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.cio.com.au (englisch)
↑ erlang.org
↑ bert-rpc.org (Memento desOriginals vom 24. Oktober 2009 im Internet Archive) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/bert-rpc.org
↑ github.com
↑ erlang-solutions.com (Memento vom 30. Dezember 2011 im Internet Archive)
↑ blog.whatsapp.com
↑ tambur.io
↑ Matt Nowack: Using Rust to Scale Elixir for 11 Million Concurrent Users. 17. Mai 2019, abgerufen am 15. Oktober 2020 (englisch).

[_87f877a2b2aab6ba-1] Release 26.2.3. 7. März 2024 (abgerufen am 20. März 2024).

[2] Interview mit Joe Armstrong auf CIO.com.au (Memento desOriginals vom 19. Juni 2009 im Internet Archive) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.cio.com.au (englisch)

[3] rlang.org

[4] rt-rpc.org (Memento desOriginals vom 24. Oktober 2009 im Internet Archive) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/bert-rpc.org

[5] thub.com

[6] rlang-solutions.com (Memento vom 30. Dezember 2011 im Internet Archive)

[7] .whatsapp.com

[8] tambur.io

[9] Matt Nowack: Using Rust to Scale Elixir for 11 Million Concurrent Users. 17. Mai 2019, abgerufen am 15. Oktober 2020 (englisch).

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