cnDenis http://cndenis.github.io 2013-04-24 (update:2013-09-13)

gen_server是erlang的OTP框架中最常用的“行为模式”了吧，至少几本erlang教材都是首先介绍这个。

这东西用来做什么的呢？或者说，为什么要用这东西呢？由于我接触这东西不过几天，理解尚非常粗浅，就我看来，用gen_server有以下几个好处： * *面向对像，封装数据与方法*。gen_server内部需要维护一个状态State，并提供各种函数给别人调用，就类似于其他语言中的“类”一样，把数据和方法封装在一起，防止数据被非法改动。 * *简化调用，屏蔽通讯*。erlang中如果要自己实现远程过程调用（RPC）的话，需要自己定义消息格式，自己编写封装与解包的代码，还要处理各种异常问题，这些gen_server 都帮我们做好了，只需要像平常使用函数一样直接调就用行了，省时省力还不出错。 * *热代码替换等高级功能*。热代码替换是erlang大力宣传的一项特色功能，不停机维护在生产上是非常美妙的事。不过这是高级功能，初学暂时用不上，书上也没多讲。

gen_server模板

gen_server是可以使用模板来写的，如下：

    -module().

    -behaviour(gen_server).

    %% API
    -export([]).

    %% gen_server callbacks
    -export([init/1, handle_call/3, handle_cast/2, handle_info/2,
           terminate/2, code_change/3]).

    -define(SERVER,?MODULE).

    start_link() ->
        gen_server:start_link({local, ?SERVER}, ?MODULE, [], []).

    init([]) ->
        {ok, State}.

    handle_call(_Request, _From, State) ->
        {reply, Reply, State}.

    handle_cast(_Msg, State) ->
        {noreply, State}.

    handle_info(_Info, State) ->
        {noreply, State}.

    terminate(_Reason, _State) ->
        ok.

    code_change(_OldVsn, State, _Extra) ->
        {ok, State}.

含义如下：

-module 是模块名，就是文件名。

-behaviour 是指定“行为模式”，在这里就是gen_server，作用在于用于检查这个模块是否实现gen_server的所有接口。也就是 init/1, handle_call/3, handle_cast/2, handle_info/2, terminate/2, code_change/3这六个函数。缺少的话编译器就会报错。

-export 有两个，第一个里面写的是API，也就是供别人调用的接口，第二个是gen_server 的接口，就是上面说的那六个。其实要写到同一个export里也可以，不过分开写比较清楚。

接下来就是各API函数，一般来说就是封装、调用各用回调函数的包装函数。

再往后就是六个回调函数的具体实现。回调函数是负责具体干活的。

大概可以做这么个比喻吧，如果整个模块是个昆虫，API是就头，gen_server就是身子，而回调函数是六条腿。你告诉头说要去哪里，腿就运动起来，整条虫子就跑起来了。身子是把各条腿粘起来，否则单独的腿只能在原地抽筋，哪都去不了。

启动服务器

用来启动服务器的有start/3,start/4,start_link/3,start_link/4这四个函数。使用这些start函数之后，就会产生一个新的进程，也就是一个gen_server服务器。这些 start函数的正常情况下返回值是{ok,Pid}，Pid就是这个新进程的进程号。带link与不带的区别在于是否跟父进程建立链接，换种说法是，新启动的进程死掉后，会不会通知启动他的进程（父进程）。

start函数可以四个参数(ServerName, Module, Args, Options)：

第一个参数ServerName是服务名，是可以省掉的。具有相同服务名的模块在一个节点中只能启动一次，重复启动会报错，为 {error, {already_started, Pid}}。具有服务名的服务进程可以使用服务名来调用，没有服务名的只能通过进程号pid来调用了。通常有名字的服务进程会使用模块名做为服务名，即上面模板中定义的宏-define(SERVER, ?MODULE)，然后在需要使用服务名的地方填入?SERVER.
第二个参数Module是模块名，一般而言API和回调函数是写在同一个文件里的，所以就用 ?MODULE，表示本模块的模块名。
第三个参数Args是回调函数init/1的参数，会原封不动地传给init/1。
第四个参数Options是一些选项，可以设置debug、超时等东西。

start是对应的回调函数是init/1，一般来说是进行服务器启动后的一些初始化的工作，并生成初始的状态State，正常返回是{ok, State}。这个State是贯穿整个服务器，并把所有六个回调函数联系起来的纽带。它的值最初由init/1生成，此后可以由三个handle函数修改，每次修改后又要放回返回值中，供下一个被调用的handle函数使用。如果init/1返回ignore或{stop, Reason}，则会中止服务器的启动。

有一点细节要注意的是，API函数和回调函数虽然习惯上是写在同一个文件中，但执行函数的进程却通常是不一样的。在上面的模板中，start_link/0中使用self()的话，显示的是调用者的进程号，而在init/1中使用self()的话，显示的是服务器的进程号。

使用服务器

三个handle开头的回调函数对应着三种不同的使用服务器的方式。如下：

gen_server:call     -------------   handle_call/3
gen_server:cast     -------------   handle_cast/2
用！向服务进程发消息-------------   handle_info/2

call是有返回值的调用；cast是无返回值的调用，即通知；而直接向服务器进程发的消息则由handle_info处理。

call

call是有返回值的调用，也是所谓的同步调用，进程会在调用后一直等待直到回调函数返回为止。它的函数形式是 gen_server:call(ServerRef, Request, Timeout) -> Reply，

第一个参数ServerRef是被调用的服务器，如果是服务器名，或是服务器的pid。
第二个参数Request会直接传给回调函数handle_call
最后一个参数Timeout是超时，是可以省略的，默认值是5秒。

在多节点的情况下，还有机会使用到multi_call，用来向各节点上的同具有相同注册名的服务进程发起调用。（这个函数在文档上的表述有点让人难以理解，详见这里）

call是用来指挥回调函数handle_call/3干活的。具体形式为 handle_call(Request, From, State)。

第一个参数Request是由call传进来的，是写程序时关注和处理的重点。
第二个参数From是gen_server传进来的，是调用的来源，也就是哪个进程执行了call。 From的形式是{Pid, Ref}，Pid是来源进程号，而Ref是调用的标识，每一次调用都不一样，用以区别。有了Pid，在需要向来源进程发送消息时就可以使用，但由于call 是有返回值的，一般使用返回值传递数据就好。
第三个参数State是服务器的状态，这是由init或是其他的handle函数生成的，可以根据需要进行修改之后，再放回返回值中。

call对应的回调函数handle_call/3在正常情况下的返回值是{reply, Reply, NewState}， Reply会作为call的返回值传递回去，NewState则会作为服务器的状态。另外还可以使用{stop, Reasion, State}中止服务器运行，这比较少用。

使用call要小心的是，两个服务器进程不能互相call，不然会死锁。

cast

cast是没有返回值的调用，一般把它叫做通知。它是一个“异步”的调用，调用后会直接收到 ok，无需等待回调函数执行完毕。

它的形式是gen_server:cast(ServerRef, Request)。参数含义与call相同。由于不需要等待返回，所以没必要设置超时，没有第三个参数。

在多节点的情况下，可以用abcast，向各节点上的具有指定名字的服务进程发通知。（奇怪的是为啥为不叫multi_cast，明明长得跟multi_call很像的）

cast们对应的回调函数是handle_cast/2，具体为：handle_cast(Msg, State)。第一个参数是由cast传进去的，第二个是服务器状态，和call类似，不多说。

handel_cast/2的返回值通常是{noreply, NewState}，这可以用来改变服务器状态，或是{stop, Reason, NewState}，这会停止服务器。通常来说，停止服务器的命令用 cast来实现比较多。

原生消息

原生消息是指不通过call或cast，直接发往服务器进程的消息，有些书上译成“带外消息”。比方说网络套接字socket发来的消息、别的进程用!发过来的消息、跟服务器建立链接的进程死掉了，发来{'EXIT', Pid, Why}等等。一般写程序要尽量用API，不要直接用!向服务器进程发消息，但对于socket一类的依赖于消息的应用，就不得不处理原生消息了。

原生消息使用handle_info/2处理，具体为handle_info(Info, State)。其中Info是发过来的消息的内容。回复和handle_cast是一样的。