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[8sync.git] / doc / 8sync.texi
1 \input texinfo   @c -*-texinfo-*-
2 @c %**start of header
3 @setfilename 8sync.info
4 @settitle 8sync
5 @c %**end of header
6 @copying
7 Copyright @copyright{} 2015  Christopher Allan Webber @email{cwebber@@dustycloud.org}
8 @end copying
9
10 @quotation
11 Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
12 under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.3
13 or any later version published by the Free Software Foundation;
14 with no Invariant Sections, no Front-Cover Texts, and no Back-Cover Texts.
15 A copy of the license is included in the section entitled ``GNU
16 Free Documentation License''.
17
18 A copy of the license is also available from the Free Software
19 Foundation Web site at @url{http://www.gnu.org/licenses/fdl.html}.
20
21 Alternately, this document is also available under the Lesser General
22 Public License, version 3 or later, as published by the Free Software
23 Foundation.
24
25 A copy of the license is also available from the Free Software
26 Foundation Web site at @url{http://www.gnu.org/licenses/lgpl.html}.
27 @end quotation
28
29
30 @titlepage
31 @title 8sync
32 @subtitle 8sync, asynchronous actors for Guile
33 @author Christopher Allan Webber
34 @page
35 @vskip 0pt plus 1filll
36 @insertcopying
37 @end titlepage
38
39 @c Output the table of the contents at the beginning.
40 @contents
41
42 @ifnottex
43 @node Top, Preface, (dir), (dir)
44 @top 8sync
45
46 @insertcopying
47 @end ifnottex
48
49 @c Generate the nodes for this menu with `C-c C-u C-m'.
50
51
52 @c Update all node entries with `C-c C-u C-n'.
53 @c Insert new nodes with `C-c C-c n'.
54
55 @menu
56 * Preface::
57 * Tutorial::
58 * API reference::
59 * Systems reference::
60 * Addendum::
61 * Copying This Manual::
62 * Index::
63 @end menu
64
65 \f
66
67 @node Preface
68 @chapter Preface
69
70 Welcome to 8sync's documentation!
71 8sync is an asynchronous programming environment for GNU Guile.
72 (Get it? 8sync? Async??? Quiet your groans, it's a great name!)
73
74 8sync has some nice properties:
75
76 @itemize
77 @item
78 8sync uses the actor model as its fundamental concurrency
79 synchronization mechanism.
80 Since the actor model is a "shared nothing" asynchronous
81 environment, you don't need to worry about deadlocks or other
82 tricky problems common to other asynchronous models.
83 Actors are modular units of code and state which communicate
84 by sending messages to each other.
85 @item
86 If you've done enough asynchronous programming, you're probably
87 familiar with the dreaded term "callback hell".
88 Getting around callback hell usually involves a tradeoff of other,
89 still rather difficult to wrap your brain around programming
90 patterns.
91 8sync uses some clever tricks involving "delimited continuations"
92 under the hood to make the code you write look familiar and
93 straightforward.
94 When you need to send a request to another actor and get some
95 information back from it without blocking, there's no need
96 to write a separate procedure@dots{} 8sync's scheduler will suspend
97 your procedure and wake it back up when a response is ready.
98 @item
99 Even nonblocking I/O code is straightforward to write.
100 Thanks to the "suspendable ports" code introduced in Guile 2.2,
101 writing asynchronous, nonblocking networked code looks mostly
102 like writing the same synchronous code.
103 8sync's scheduler handles suspending and resuming networked
104 code that would otherwise block.
105 @item
106 8sync aims to be "batteries included".
107 Useful subsystems for IRC bots, HTTP servers, and so on are
108 included out of the box.
109 @item
110 8sync prioritizes live hacking.
111 If using an editor like Emacs with a nice mode like Geiser,
112 an 8sync-using developer can change and fine-tune the behavior
113 of code @emph{while it runs}.
114 This makes both debugging and development much more natural,
115 allowing the right designs to evolve under your fingertips.
116 A productive hacker is a happy hacker, after all!
117 @end itemize
118
119 In the future, 8sync will also provide the ability to spawn and
120 communicate with actors on different threads, processes, and machines,
121 with most code running the same as if actors were running in the same
122 execution environment.
123
124 But as a caution, 8sync is still very young.
125 The API is stabilizing, but not yet stable, and it is not yet well
126 "battle-tested".
127 Hacker beware!
128 But, consider this as much an opportunity as a warning.
129 8sync is in a state where there is much room for feedback and
130 contributions.
131 Your help wanted!
132
133 And now, into the wild, beautiful frontier.
134 Onward!
135
136 @node Tutorial
137 @chapter Tutorial
138
139 @menu
140 * A silly little IRC bot::
141 * Writing our own actors::
142 * Writing our own network-enabled actor::
143 * An intermission on live hacking::
144 @end menu
145
146 \f
147
148 @node A silly little IRC bot
149 @section A silly little IRC bot
150
151 IRC!  Internet Relay Chat!
152 The classic chat protocol of the Internet.
153 And it turns out, one of the best places to learn about networked
154 programming.@footnote{In the 1990s I remember stumbling into some funky IRC chat rooms and
155 being astounded that people there had what they called "bots" hanging
156 around.
157 From then until now, I've always enjoyed encountering bots whose range
158 of functionality has spanned from saying absurd things, to taking
159 messages when their "owners" were offline, to reporting the weather,
160 to logging meetings for participants.
161 And it turns out, IRC bots are a great way to cut your teeth on
162 networked programming; since IRC is a fairly simple line-delineated
163 protocol, it's a great way to learn to interact with sockets.
164 (My first IRC bot helped my team pick a place to go to lunch, previously
165 a source of significant dispute!)
166 At the time of writing, venture capital awash startups are trying to
167 turn chatbots into "big business"@dots{} a strange (and perhaps absurd)
168 thing given chat bots being a fairly mundane novelty amongst hackers
169 and teenagers everywhere a few decades ago.}
170 We ourselves are going to explore chat bots as a basis for getting our
171 feet wet in 8sync.
172
173 First of all, we're going to need to import some modules.  Put this at
174 the top of your file:
175
176 @example
177 (use-modules (8sync)               ; 8sync's agenda and actors
178              (8sync systems irc)   ; the irc bot subsystem
179              (oop goops)           ; 8sync's actors use GOOPS
180              (ice-9 format)        ; basic string formatting
181              (ice-9 match))        ; pattern matching
182 @end example
183
184 Now we need to add our bot.  Initially, it won't do much.
185
186 @example
187 (define-class <my-irc-bot> (<irc-bot>))
188
189 (define-method (handle-line (irc-bot <my-irc-bot>) message
190                             speaker channel line emote?)
191   (if emote?
192       (format #t "~a emoted ~s in channel ~a\n"
193               speaker line channel)
194       (format #t "~a said ~s in channel ~a\n"
195               speaker line channel)))
196 @end example
197
198 We've just defined our own IRC bot!
199 This is an 8sync actor.
200 (8sync uses GOOPS to define actors.)
201 We extended the handle-line generic method, so this is the code that
202 will be called whenever the IRC bot "hears" anything.
203 This method is itself an action handler, hence the second argument
204 for @verb{~message~}, which we can ignore for now.
205 Pleasantly, the message's argument body is passed in as the rest of
206 the arguments.
207
208 For now the code is pretty basic: it just outputs whatever it "hears"
209 from a user in a channel to the current output port.
210 Pretty boring!
211 But it should help us make sure we have things working when we kick
212 things off.
213
214 Speaking of, even though we've defined our actor, it's not running
215 yet.  Time to fix that!
216
217 @example
218 (define* (run-bot #:key (username "examplebot")
219                   (server "irc.freenode.net")
220                   (channels '("##botchat")))
221   (define hive (make-hive))
222   (define irc-bot
223     (bootstrap-actor hive <my-irc-bot>
224                      #:username username
225                      #:server server
226                      #:channels channels))
227   (run-hive hive '()))
228 @end example
229
230 Actors are connected to something called a "hive", which is a
231 special kind of actor that runs and manages all the other actors.
232 Actors can spawn other actors, but before we start the hive we use
233 this special @verb{~bootstrap-actor~} method.
234 It takes the hive as its first argument, the actor class as the second
235 argument, and the rest are initialization arguments to the
236 actor.
237 @verb{~bootstrap-actor~} passes back not the actor itself (we don't
238 get access to that usually) but the @strong{id} of the actor.
239 (More on this later.)
240 Finally we run the hive with run-hive and pass it a list of
241 "bootstrapped" messages.
242 Normally actors send messages to each other (and sometimes themselves),
243 but we need to send a message or messages to start things or else
244 nothing is going to happen.
245
246 We can run it like:
247
248 @example
249 (run-bot #:username "some-bot-name") ; be creative!
250 @end example
251
252 Assuming all the tubes on the internet are properly connected, you
253 should be able to join the "##botchat" channel on irc.freenode.net and
254 see your bot join as well.
255 Now, as you probably guessed, you can't really @emph{do} much yet.
256 If you talk to the bot, it'll send messages to the terminal informing
257 you as such, but it's hardly a chat bot if it's not chatting yet.
258
259 So let's do the most boring (and annoying) thing possible.
260 Let's get it to echo whatever we say back to us.
261 Change handle-line to this:
262
263 @example
264 (define-method (handle-line (irc-bot <my-irc-bot>) message
265                             speaker channel line emote?)
266   (<- (actor-id irc-bot) 'send-line channel
267       (format #f "Bawwwwk! ~a says: ~a" speaker line)))
268 @end example
269
270 This will do exactly what it looks like: repeat back whatever anyone
271 says like an obnoxious parrot.
272 Give it a try, but don't keep it running for too long@dots{} this
273 bot is so annoying it's likely to get banned from whatever channel
274 you put it in.
275
276 This method handler does have the advantage of being simple though.
277 It introduces a new concept simply@dots{} sending a message!
278 Whenever you see "<-", you can think of that as saying "send this
279 message".
280 The arguments to "<-" are as follows: the actor sending the message,
281 the id of the actor the message is being sent to, the "action" we
282 want to invoke (a symbol), and the rest are arguments to the
283 "action handler" which is in this case send-line (with itself takes
284 two arguments: the channel our bot should send a message to, and
285 the line we want it to spit out to the channel).@footnote{8sync's name for sending a message, "<-", comes from older,
286 early lisp object oriented systems which were, as it turned out,
287 inspired by the actor model!
288 Eventually message passing was dropped in favor of something called
289 "generic functions" or "generic methods"
290 (you may observe we made use of such a thing in extending
291 handle-line).
292 Many lispers believe that there is no need for message passing
293 with generic methods and some advanced functional techniques,
294 but in a concurrent environment message passing becomes useful
295 again, especially when the communicating objects / actors are not
296 in the same address space.}
297
298 Normally in the actor model, we don't have direct references to
299 an actor, only an identifier.
300 This is for two reasons: to quasi-enforce the "shared nothing"
301 environment (actors absolutely control their own resources, and
302 "all you can do is send a message" to request that they modify
303 them) and because@dots{} well, you don't even know where that actor is!
304 Actors can be anything, and anywhere.
305 It's possible in 8sync to have an actor on a remote hive, which means
306 the actor could be on a remote process or even remote machine, and
307 in most cases message passing will look exactly the same.
308 (There are some exceptions; it's possible for two actors on the same
309 hive to "hand off" some special types of data that can't be serialized
310 across processes or the network, eg a socket or a closure, perhaps even
311 one with mutable state.
312 This must be done with care, and the actors should be careful both
313 to ensure that they are both local and that the actor handing things
314 off no longer accesses that value to preserve the actor model.
315 But this is an advanced topic, and we are getting ahead of ourselves.)
316 We have to supply the id of the receiving actor, and usually we'd have
317 only the identifier.
318 But since in this case, since the actor we're sending this to is
319 ourselves, we have to pass in our identifier, since the Hive won't
320 deliver to anything other than an address.
321
322 Astute readers may observe, since this is a case where we are just
323 referencing our own object, couldn't we just call "sending a line"
324 as a method of our own object without all the message passing?
325 Indeed, we do have such a method, so we @emph{could} rewrite handle-line
326 like so:
327
328 @example
329 (define-method (handle-line (irc-bot <my-irc-bot>) message
330                             speaker channel line emote?)
331   (irc-bot-send-line irc-bot channel
332                      (format #f "Bawwwwk! ~a says: ~a" speaker line)))
333 @end example
334
335 @dots{} but we want to get you comfortable and familiar with message
336 passing, and we'll be making use of this same message passing shortly
337 so that @emph{other} actors may participate in communicating with IRC
338 through our IRC bot.
339
340 Anyway, our current message handler is simply too annoying.
341 What we would really like to do is have our bot respond to individual
342 "commands" like this:
343
344 @example
345 <foo-user> examplebot: hi!
346 <examplebot> Oh hi foo-user!
347 <foo-user> examplebot: botsnack
348 <examplebot> Yippie! *does a dance!*
349 <foo-user> examplebot: echo I'm a very silly bot
350 <examplebot> I'm a very silly bot
351 @end example
352
353 Whee, that looks like fun!
354 To implement it, we're going to pull out Guile's pattern matcher.
355
356 @example
357 (define-method (handle-line (irc-bot <my-irc-bot>) message
358                             speaker channel line emote?)
359   (define my-name (irc-bot-username irc-bot))
360   (define (looks-like-me? str)
361     (or (equal? str my-name)
362         (equal? str (string-concatenate (list my-name ":")))))
363   (match (string-split line #\space)
364     (((? looks-like-me? _) action action-args ...)
365      (match action
366        ;; The classic botsnack!
367        ("botsnack"
368         (<- (actor-id irc-bot) 'send-line channel
369             "Yippie! *does a dance!*"))
370        ;; Return greeting
371        ((or "hello" "hello!" "hello." "greetings" "greetings." "greetings!"
372             "hei" "hei." "hei!" "hi" "hi!")
373         (<- (actor-id irc-bot) 'send-line channel
374             (format #f "Oh hi ~a!" speaker)))
375        ("echo"
376         (<- (actor-id irc-bot) 'send-line channel
377             (string-join action-args " ")))
378
379        ;; --->  Add yours here <---
380
381        ;; Default
382        (_
383         (<- (actor-id irc-bot) 'send-line channel
384             "*stupid puppy look*"))))))
385 @end example
386
387 Parsing the pattern matcher syntax is left as an exercise for the
388 reader.
389
390 If you're getting the sense that we could make this a bit less wordy,
391 you're right:
392
393 @example
394 (define-method (handle-line (irc-bot <my-irc-bot>) message
395                             speaker channel line emote?)
396   (define my-name (irc-bot-username irc-bot))
397   (define (looks-like-me? str)
398     (or (equal? str my-name)
399         (equal? str (string-concatenate (list my-name ":")))))
400   (define (respond respond-line)
401     (<- (actor-id irc-bot) 'send-line channel
402         respond-line))
403   (match (string-split line #\space)
404     (((? looks-like-me? _) action action-args ...)
405      (match action
406        ;; The classic botsnack!
407        ("botsnack"
408         (respond "Yippie! *does a dance!*"))
409        ;; Return greeting
410        ((or "hello" "hello!" "hello." "greetings" "greetings." "greetings!"
411             "hei" "hei." "hei!" "hi" "hi." "hi!")
412         (respond (format #f "Oh hi ~a!" speaker)))
413        ("echo"
414         (respond (string-join action-args " ")))
415
416        ;; --->  Add yours here <---
417
418        ;; Default
419        (_
420         (respond "*stupid puppy look*"))))))
421 @end example
422
423 Okay, that looks pretty good!
424 Now we have enough information to build an IRC bot that can do a lot
425 of things.
426 Take some time to experiment with extending the bot a bit before
427 moving on to the next section!
428 What cool commands can you add?
429
430 \f
431 @node Writing our own actors
432 @section Writing our own actors
433
434 Let's write the most basic, boring actor possible.
435 How about an actor that start sleeping, and keeps sleeping?
436
437 @example
438 (use-modules (oop goops)
439              (8sync))
440
441 (define-class <sleeper> (<actor>)
442   (actions #:allocation #:each-subclass
443            #:init-value (build-actions
444                          (*init* sleeper-loop))))
445
446 (define (sleeper-loop actor message)
447   (while (actor-alive? actor)
448     (display "Zzzzzzzz....\n")
449     ;; Sleep for one second
450     (8sleep (sleeper-sleep-secs actor))))
451
452 (let* ((hive (make-hive))
453        (sleeper (bootstrap-actor hive <sleeper>)))
454   (run-hive hive '()))
455 @end example
456
457 We see some particular things in this example.
458 One thing is that our @verb{~<sleeper>~} actor has an actions slot.
459 This is used to look up what the "action handler" for a message is.
460 We have to set the #:allocation to either @verb{~#:each-subclass~} or
461 @verb{~#:class~}.@footnote{#:class should be fine, except there is @uref{https://debbugs.gnu.org/cgi/bugreport.cgi?bug=25211,a bug in Guile} which keeps
462 us from using it for now.}
463
464 The only action handler we've added is for @verb{~*init*~}, which is called
465 implicitly when the actor first starts up.
466 (This will be true whether we bootstrap the actor before the hive
467 starts or create it during the hive's execution.)
468
469 In our sleeper-loop we also see a call to "8sleep".
470 "8sleep" is like Guile's "sleep" method, except it is non-blocking
471 and will always yield to the scheduler.
472
473 Our while loop also checks "actor-alive?" to see whether or not
474 it is still registered.
475 In general, if you keep a loop in your actor that regularly yields
476 to the scheduler, you should check this.@footnote{Or rather, for now you should call @verb{~actor-alive?~} if your code
477 is looping like this.
478 In the future, after an actor dies, its coroutines will
479 automatically be "canceled".}
480 (An alternate way to handle it would be to not use a while loop at all
481 but simply send a message to ourselves with "<-" to call the
482 sleeper-loop handler again.
483 If the actor was dead, the message simply would not be delivered and
484 thus the loop would stop.)
485
486 It turns out we could have written the class for the actor much more
487 simply:
488
489 @example
490 ;; You could do this instead of the define-class above.
491 (define-actor <sleeper> (<actor>)
492   ((*init* sleeper-loop)))
493 @end example
494
495 This is sugar, and expands into exactly the same thing as the
496 define-class above.
497 The third argument is an argument list, the same as what's passed
498 into build-actions.
499 Everything after that is a slot.
500 So for example, if we had added an optional slot to specify
501 how many seconds to sleep, we could have done it like so:
502
503 @example
504 (define-actor <sleeper> (<actor>)
505   ((*init* sleeper-loop))
506   (sleep-secs #:init-value 1
507               #:getter sleeper-sleep-secs))
508 @end example
509
510 This actor is pretty lazy though.
511 Time to get back to work!
512 Let's build a worker / manager type system.
513
514 @example
515 (use-modules (8sync)
516              (oop goops))
517
518 (define-actor <manager> (<actor>)
519   ((assign-task manager-assign-task))
520   (direct-report #:init-keyword #:direct-report
521                  #:getter manager-direct-report))
522
523 (define (manager-assign-task manager message difficulty)
524   "Delegate a task to our direct report"
525   (display "manager> Work on this task for me!\n")
526   (<- (manager-direct-report manager)
527       'work-on-this difficulty))
528 @end example
529
530 This manager keeps track of a direct report and tells them to start
531 working on a task@dots{} simple delegation.
532 Nothing here is really new, but note that our friend "<-" (which means
533 "send message") is back.
534 There's one difference this time@dots{} the first time we saw "<-" was in
535 the handle-line procedure of the irc-bot, and in that case we explicitly
536 pulled the actor-id after the actor we were sending the message to
537 (ourselves), which we aren't doing here.
538 But that was an unusual case, because the actor was ourself.
539 In this case, and in general, actors don't have direct references to
540 other actors; instead, all they have is access to identifiers which
541 reference other actors.
542
543 @example
544 (define-actor <worker> (<actor>)
545   ((work-on-this worker-work-on-this))
546   (task-left #:init-keyword #:task-left
547              #:accessor worker-task-left))
548
549 (define (worker-work-on-this worker message difficulty)
550   "Work on one task until done."
551   (set! (worker-task-left worker) difficulty)
552   (display "worker> Whatever you say, boss!\n")
553   (while (and (actor-alive? worker)
554               (> (worker-task-left worker) 0))
555     (display "worker> *huff puff*\n")
556     (set! (worker-task-left worker)
557           (- (worker-task-left worker) 1))
558     (8sleep (/ 1 3))))
559 @end example
560
561 The worker also contains familiar code, but we now see that we can
562 call 8sleep with non-integer real numbers.
563
564 Looks like there's nothing left to do but run it.
565
566 @example
567 (let* ((hive (make-hive))
568        (worker (bootstrap-actor hive <worker>))
569        (manager (bootstrap-actor hive <manager>
570                                  #:direct-report worker)))
571   (run-hive hive (list (bootstrap-message hive manager 'assign-task 5))))
572 @end example
573
574 Unlike the @verb{~<sleeper>~}, our @verb{~<manager>~} doesn't have an implicit
575 @verb{~*init*~} method, so we've bootstrapped the calling @verb{~assign-task~} action.
576
577 @example
578 manager> Work on this task for me!
579 worker> Whatever you say, boss!
580 worker> *huff puff*
581 worker> *huff puff*
582 worker> *huff puff*
583 worker> *huff puff*
584 worker> *huff puff*
585 @end example
586
587 "<-" pays no attention to what happens with the messages it has sent
588 off.
589 This is useful in many cases@dots{} we can blast off many messages and
590 continue along without holding anything back.
591
592 But sometimes we want to make sure that something completes before
593 we do something else, or we want to send a message and get some sort
594 of information back.
595 Luckily 8sync comes with an answer to that with "<-wait", which will
596 suspend the caller until the callee gives some sort of response, but
597 which does not block the rest of the program from running.
598 Let's try applying that to our own code by turning our manager
599 into a micromanager.
600
601 @example
602 ;;; Update this method
603 (define (manager-assign-task manager message difficulty)
604   "Delegate a task to our direct report"
605   (display "manager> Work on this task for me!\n")
606   (<- (manager-direct-report manager)
607       'work-on-this difficulty)
608
609   ;; Wait a moment, then call the micromanagement loop
610   (8sleep (/ 1 2))
611   (manager-micromanage-loop manager))
612
613 ;;; And add the following
614 ;;;   (... Note: do not model actual employee management off this)
615 (define (manager-micromanage-loop manager)
616   "Pester direct report until they're done with their task."
617   (display "manager> Are you done yet???\n")
618   (let ((worker-is-done
619          (mbody-val (<-wait (manager-direct-report manager)
620                             'done-yet?))))
621     (if worker-is-done
622         (begin (display "manager> Oh!  I guess you can go home then.\n")
623                (<- (manager-direct-report manager) 'go-home))
624         (begin (display "manager> Harumph!\n")
625                (8sleep (/ 1 2))
626                (when (actor-alive? manager)
627                  (manager-micromanage-loop manager))))))
628 @end example
629
630 We've appended a micromanagement loop here@dots{} but what's going on?
631 "<-wait", as it sounds, waits for a reply, and returns a reply
632 message.
633 In this case there's a value in the body of the message we want,
634 so we pull it out with mbody-val.
635 (It's possible for a remote actor to return multiple values, in which
636 case we'd want to use mbody-receive, but that's a bit more
637 complicated.)
638
639 Of course, we need to update our worker accordingly as well.
640
641 @example
642 ;;; Update the worker to add the following new actions:
643 (define-actor <worker> (<actor>)
644   ((work-on-this worker-work-on-this)
645    ;; Add these:
646    (done-yet? worker-done-yet?)
647    (go-home worker-go-home))
648   (task-left #:init-keyword #:task-left
649              #:accessor worker-task-left))
650
651 ;;; New procedures:
652 (define (worker-done-yet? worker message)
653   "Reply with whether or not we're done yet."
654   (let ((am-i-done? (= (worker-task-left worker) 0)))
655     (if am-i-done?
656         (display "worker> Yes, I finished up!\n")
657         (display "worker> No... I'm still working on it...\n"))
658     (<-reply message am-i-done?)))
659
660 (define (worker-go-home worker message)
661   "It's off of work for us!"
662   (display "worker> Whew!  Free at last.\n")
663   (self-destruct worker))
664 @end example
665
666 (As you've probably guessed, you wouldn't normally call @verb{~display~}
667 everywhere as we are in this program@dots{} that's just to make the
668 examples more illustrative.)
669
670 "<-reply" is what actually returns the information to the actor
671 waiting on the reply.
672 It takes as an argument the actor sending the message, the message
673 it is in reply to, and the rest of the arguments are the "body" of
674 the message.
675 (If an actor handles a message that is being "waited on" but does not
676 explicitly reply to it, an auto-reply with an empty body will be
677 triggered so that the waiting actor is not left waiting around.)
678
679 The last thing to note is the call to "self-destruct".
680 This does what you might expect: it removes the actor from the hive.
681 No new messages will be sent to it.
682 Ka-poof!
683
684 Running it is the same as before:
685
686 @example
687 (let* ((hive (make-hive))
688        (worker (bootstrap-actor hive <worker>))
689        (manager (bootstrap-actor hive <manager>
690                                  #:direct-report worker)))
691   (run-hive hive (list (bootstrap-message hive manager 'assign-task 5))))
692 @end example
693
694 But the output is a bit different:
695
696 @example
697 manager> Work on this task for me!
698 worker> Whatever you say, boss!
699 worker> *huff puff*
700 worker> *huff puff*
701 manager> Are you done yet???
702 worker> No... I'm still working on it...
703 manager> Harumph!
704 worker> *huff puff*
705 manager> Are you done yet???
706 worker> *huff puff*
707 worker> No... I'm still working on it...
708 manager> Harumph!
709 worker> *huff puff*
710 manager> Are you done yet???
711 worker> Yes, I finished up!
712 manager> Oh!  I guess you can go home then.
713 worker> Whew!  Free at last.
714 @end example
715
716 \f
717 @node Writing our own network-enabled actor
718 @section Writing our own network-enabled actor
719
720 So, you want to write a networked actor!
721 Well, luckily that's pretty easy, especially with all you know so far.
722
723 @example
724 (use-modules (oop goops)
725              (8sync)
726              (ice-9 rdelim)  ; line delineated i/o
727              (ice-9 match))  ; pattern matching
728
729 (define-actor <telcmd> (<actor>)
730   ((*init* telcmd-init)
731    (*cleanup* telcmd-cleanup)
732    (new-client telcmd-new-client)
733    (handle-line telcmd-handle-line))
734   (socket #:accessor telcmd-socket
735           #:init-value #f))
736 @end example
737
738 Nothing surprising about the actor definition, though we do see that
739 it has a slot for a socket.
740 Unsurprisingly, that will be set up in the @verb{~*init*~} handler.
741
742 @example
743 (define (set-port-nonblocking! port)
744   (let ((flags (fcntl port F_GETFL)))
745     (fcntl port F_SETFL (logior O_NONBLOCK flags))))
746
747 (define (setup-socket)
748   ;; our socket
749   (define s
750     (socket PF_INET SOCK_STREAM 0))
751   ;; reuse port even if busy
752   (setsockopt s SOL_SOCKET SO_REUSEADDR 1)
753   ;; connect to port 8889 on localhost
754   (bind s AF_INET INADDR_LOOPBACK 8889)
755   ;; make it nonblocking and start listening
756   (set-port-nonblocking! s)
757   (listen s 5)
758   s)
759
760 (define (telcmd-init telcmd message)
761   (set! (telcmd-socket telcmd) (setup-socket))
762   (display "Connect like: telnet localhost 8889\n")
763   (while (actor-alive? telcmd)
764     (let ((client-connection (accept (telcmd-socket telcmd))))
765       (<- (actor-id telcmd) 'new-client client-connection))))
766
767 (define (telcmd-cleanup telcmd message)
768   (display "Closing socket!\n")
769   (when (telcmd-socket telcmd)
770     (close (telcmd-socket telcmd))))
771 @end example
772
773 That @verb{~setup-socket~} code looks pretty hard to read!
774 But that's pretty standard code for setting up a socket.
775 One special thing is done though@dots{} the call to
776 @verb{~set-port-nonblocking!~} sets flags on the socket port so that,
777 you guessed it, will be a nonblocking port.
778
779 This is put to immediate use in the telcmd-init method.
780 This code looks suspiciously like it @emph{should} block@dots{} after
781 all, it just keeps looping forever.
782 But since 8sync is using Guile's suspendable ports code feature,
783 so every time this loop hits the @verb{~accept~} call, if that call
784 @emph{would have} blocked, instead this whole procedure suspends
785 to the scheduler@dots{} automatically!@dots{} allowing other code to run.
786
787 So, as soon as we do accept a connection, we send a message to
788 ourselves with the @verb{~new-client~} action.
789 But wait!
790 Aren't actors only supposed to handle one message at a time?
791 If the telcmd-init loop just keeps on looping and looping,
792 when will the @verb{~new-client~} message ever be handled?
793 8sync actors only receive one message at a time, but by default if an
794 actor's message handler suspends to the agenda for some reason (such
795 as to send a message or on handling I/O), that actor may continue to
796 accept other messages, but always in the same thread.@footnote{This is customizable: an actor can be set up to queue messages so
797 that absolutely no messages are handled until the actor completely
798 finishes handling one message.
799 Our loop couldn't look quite like this though!}
800
801 We also see that we've established a @verb{~*cleanup*~} handler.
802 This is run any time either the actor dies, either through self
803 destructing, because the hive completes its work, or because
804 a signal was sent to interrupt or terminate our program.
805 In our case, we politely close the socket when @verb{~<telcmd>~} dies.
806
807 @example
808 (define (telcmd-new-client telcmd message client-connection)
809   (define client (car client-connection))
810   (set-port-nonblocking! client)
811   (let loop ()
812     (let ((line (read-line client)))
813       (cond ((eof-object? line)
814              (close client))
815             (else
816              (<- (actor-id telcmd) 'handle-line
817                  client (string-trim-right line #\return))
818              (when (actor-alive? telcmd)
819                (loop)))))))
820
821 (define (telcmd-handle-line telcmd message client line)
822   (match (string-split line #\space)
823     (("") #f)  ; ignore empty lines
824     (("time" _ ...)
825      (display
826       (strftime "The time is: %c\n" (localtime (current-time)))
827       client))
828     (("echo" rest ...)
829      (format client "~a\n" (string-join rest " ")))
830     ;; default
831     (_ (display "Sorry, I don't know that command.\n" client))))
832 @end example
833
834 Okay, we have a client, so we handle it!
835 And once again@dots{} we see this goes off on a loop of its own!
836 (Also once again, we have to do the @verb{~set-port-nonblocking!~} song and
837 dance.)
838 This loop also automatically suspends when it would otherwise block@dots{}
839 as long as read-line has information to process, it'll keep going, but
840 if it would have blocked waiting for input, then it would suspend the
841 agenda.@footnote{If there's a lot of data coming in and you don't want your I/O loop
842 to become too "greedy", take a look at @verb{~setvbuf~}.}
843
844 The actual method called whenever we have a "line" of input is pretty
845 straightforward@dots{} in fact it looks an awful lot like the IRC bot
846 handle-line procedure we used earlier.
847 No surprises there!@footnote{Well, there may be one surprise to a careful observer.
848 Why are we sending a message to ourselves?
849 Couldn't we have just dropped the argument of "message" to
850 telcmd-handle-line and just called it like any other procedure?
851 Indeed, we @emph{could} do that, but sending a message to ourself has
852 an added advantage: if we accidentally "break" the
853 telcmd-handle-line procedure in some way (say we add a fun new
854 command we're playing with it), raising an exception won't break
855 and disconnect the client's main loop, it'll just break the
856 message handler for that one line, and our telcmd will happily
857 chug along accepting another command from the user while we try
858 to figure out what happened to the last one.}
859
860 Now let's run it:
861
862 @example
863 (let* ((hive (make-hive))
864        (telcmd (bootstrap-actor hive <telcmd>)))
865   (run-hive hive '()))
866 @end example
867
868 Open up another terminal@dots{} you can connect via telnet:
869
870 @example
871 $ telnet localhost 8889
872 Trying 127.0.0.1...
873 Connected to localhost.
874 Escape character is '^]'.
875 time
876 The time is: Thu Jan  5 03:20:17 2017
877 echo this is an echo
878 this is an echo
879 shmmmmmmorp
880 Sorry, I don't know that command.
881 @end example
882
883 Horray, it works!
884 Type @verb{~Ctrl+] Ctrl+d~} to exit telnet.
885
886 Not so bad!
887 There's more that could be optimized, but we'll consider that to be
888 advanced topics of discussion.
889
890 So that's a pretty solid intro to how 8sync works!
891 Now that you've gone through this introduction, we hope you'll have fun
892 writing and hooking together your own actors.
893 Since actors are so modular, it's easy to have a program that has
894 multiple subystems working together.
895 You could build a worker queue system that displayed a web interface
896 and spat out notifications about when tasks finish to IRC, and making
897 all those actors talk to each other should be a piece of cake.
898 The sky's the limit!
899
900 Happy hacking!
901
902 \f
903 @node An intermission on live hacking
904 @section An intermission on live hacking
905
906 This section is optional, but highly recommended.
907 It requires that you're a user of GNU Emacs.
908 If you aren't, don't worry@dots{} you can forge ahead and come back in case
909 you ever do become an Emacs user.
910 (If you're more familiar with Vi/Vim style editing, I hear good things
911 about Spacemacs@dots{})
912
913 Remember all the way back when we were working on the IRC bot?
914 So you may have noticed while updating that section that the
915 start/stop cycle of hacking isn't really ideal.
916 You might either edit a file in your editor, then run it, or
917 type the whole program into the REPL, but then you'll have to spend
918 extra time copying it to a file.
919 Wouldn't it be nice if it were possible to both write code in a
920 file and try it as you go?
921 And wouldn't it be even better if you could live edit a program
922 while it's running?
923
924 Luckily, there's a great Emacs mode called Geiser which makes
925 editing and hacking and experimenting all happen in harmony.
926 And even better, 8sync is optimized for this experience.
927 8sync provides easy drop-in "cooperative REPL" support, and
928 most code can be simply redefined on the fly in 8sync through Geiser
929 and actors will immediately update their behavior, so you can test
930 and tweak things as you go.
931
932 Okay, enough talking.  Let's add it!
933 Redefine run-bot like so:
934
935 @example
936 (define* (run-bot #:key (username "examplebot")
937                   (server "irc.freenode.net")
938                   (channels '("##botchat"))
939                   (repl-path "/tmp/8sync-repl"))
940   (define hive (make-hive))
941   (define irc-bot
942     (bootstrap-actor hive <my-irc-bot>
943                      #:username username
944                      #:server server
945                      #:channels channels))
946   (define repl-manager
947     (bootstrap-actor hive <repl-manager>
948                      #:path repl-path))
949
950   (run-hive hive '()))
951 @end example
952
953 If we put a call to run-bot at the bottom of our file we can call it,
954 and the repl-manager will start something we can connect to automatically.
955 Horray!
956 Now when we run this it'll start up a REPL with a unix domain socket at
957 the repl-path.
958 We can connect to it in emacs like so:
959
960 @example
961 M-x geiser-connect-local <RET> guile <RET> /tmp/8sync-repl <RET>
962
963 @end example
964
965 Okay, so what does this get us?
966 Well, we can now live edit our program.
967 Let's change how our bot behaves a bit.
968 Let's change handle-line and tweak how the bot responds to a botsnack.
969 Change this part:
970
971 @example
972 ;; From this:
973 ("botsnack"
974  (respond "Yippie! *does a dance!*"))
975
976 ;; To this:
977 ("botsnack"
978  (respond "Yippie! *catches botsnack in midair!*"))
979 @end example
980
981 Okay, now let's evaluate the change of the definition.
982 You can hit "C-M-x" anywhere in the definition to re-evaluate.
983 (You can also position your cursor at the end of the definition and press
984 "C-x C-e", but I've come to like "C-M-x" better because I can evaluate as soon
985 as I'm done writing.)
986 Now, on IRC, ask your bot for a botsnack.
987 The bot should give the new message@dots{} with no need to stop and start the
988 program!
989
990 Let's fix a bug live.
991 Our current program works great if you talk to your bot in the same
992 IRC channel, but what if you try to talk to them over private message?
993
994 @example
995 IRC> /query examplebot
996 <foo-user> examplebot: hi!
997 @end example
998
999 Hm, we aren't seeing any response on IRC!
1000 Huh?  What's going on?
1001 It's time to do some debugging.
1002 There are plenty of debugging tools in Guile, but sometimes the simplest
1003 is the nicest, and the simplest debugging route around is good old
1004 fashioned print debugging.
1005
1006 It turns out Guile has an under-advertised feature which makes print
1007 debugging really easy called "pk", pronounced "peek".
1008 What pk accepts a list of arguments, prints out the whole thing,
1009 but returns the last argument.
1010 This makes wrapping bits of our code pretty easy to see what's
1011 going on.
1012 So let's peek into our program with pk.
1013 Edit the respond section to see what channel it's really sending
1014 things to:
1015
1016 @example
1017 (define-method (handle-line (irc-bot <my-irc-bot>) message
1018                             speaker channel line emote?)
1019   ;; [... snip ...]
1020   (define (respond respond-line)
1021     (<- (actor-id irc-bot) 'send-line (pk 'channel channel)
1022         respond-line))
1023   ;; [... snip ...]
1024   )
1025 @end example
1026
1027 Re-evaluate.
1028 Now let's ping our bot in both the channel and over PM.
1029
1030 @example
1031 ;;; (channel "##botchat")
1032
1033 ;;; (channel "sinkbot")
1034 @end example
1035
1036 Oh okay, this makes sense.
1037 When we're talking in a normal multi-user channel, the channel we see
1038 the message coming from is the same one we send to.
1039 But over PM, the channel is a username, and in this case the username
1040 we're sending our line of text to is ourselves.
1041 That isn't what we want.
1042 Let's edit our code so that if we see that the channel we're sending
1043 to looks like our own username that we respond back to the sender.
1044 (We can remove the pk now that we know what's going on.)
1045
1046 @example
1047 (define-method (handle-line (irc-bot <my-irc-bot>) message
1048                             speaker channel line emote?)
1049   ;; [... snip ...]
1050   (define (respond respond-line)
1051     (<- (actor-id irc-bot) 'send-line
1052         (if (looks-like-me? channel)
1053             speaker    ; PM session
1054             channel)   ; normal IRC channel
1055         respond-line))
1056   ;; [... snip ...]
1057   )
1058 @end example
1059
1060 Re-evaluate and test.
1061
1062 @example
1063 IRC> /query examplebot
1064 <foo-user> examplebot: hi!
1065 <examplebot> Oh hi foo-user!
1066 @end example
1067
1068 Horray!
1069
1070 \f
1071 @node API reference
1072 @chapter API reference
1073
1074 \f
1075 @node Systems reference
1076 @chapter Systems reference
1077
1078 @menu
1079 * IRC::
1080 * Web / HTTP::
1081 @end menu
1082
1083 \f
1084 @node IRC
1085 @section IRC
1086
1087 \f
1088 @node Web / HTTP
1089 @section Web / HTTP
1090
1091 \f
1092 @node Addendum
1093 @chapter Addendum
1094
1095 @menu
1096 * Recommended emacs additions::
1097 * 8sync and Fibers::
1098 * 8sync's license and general comments on copyleft::
1099 * Acknowledgements::
1100 @end menu
1101
1102 \f
1103 @node Recommended emacs additions
1104 @section Recommended emacs additions
1105
1106 In order for @verb{~mbody-receive~} to indent properly, put this in your
1107 .emacs:
1108
1109 @lisp
1110 (put 'mbody-receive 'scheme-indent-function 2)
1111 @end lisp
1112
1113 @node 8sync and Fibers
1114 @section 8sync and Fibers
1115
1116 One other major library for asynchronous communication in Guile-land
1117 is @uref{https://github.com/wingo/fibers/,Fibers}.
1118 There's a lot of overlap:
1119
1120 @itemize
1121 @item
1122 Both use Guile's suspendable-ports facility
1123 @item
1124 Both communicate between asynchronous processes using message passing;
1125 you don't have to squint hard to see the relationship between Fibers'
1126 channels and 8sync's actor inboxes.
1127 @end itemize
1128
1129 However, there are clearly differences too.
1130 There's a one to one relationship between 8sync actors and an actor inbox,
1131 whereas each Fibers fiber may read from multiple channels, for example.
1132
1133 Luckily, it turns out there's a clear relationship, based on real,
1134 actual theory!
1135 8sync is based on the @uref{https://en.wikipedia.org/wiki/Actor_model,actor model} whereas fibers follows
1136 @uref{http://usingcsp.com/,Communicating Sequential Processes (CSP)}, which is a form of
1137 @uref{https://en.wikipedia.org/wiki/Process_calculus,process calculi}.
1138 And it turns out, the
1139 @uref{https://en.wikipedia.org/wiki/Actor_model_and_process_calculi,relationship between the actor model and process calculi} is well documented,
1140 and even more precisely, the
1141 @uref{https://en.wikipedia.org/wiki/Communicating_sequential_processes#Comparison_with_the_Actor_Model,relationship between CSP and the actor model} is well understood too.
1142
1143 So, 8sync and Fibers do take somewhat different approaches, but both
1144 have a solid theoretical backing@dots{} and their theories are well
1145 understood in terms of each other.
1146 Good news for theory nerds!
1147
1148 (Since the actors and CSP are @uref{https://en.wikipedia.org/wiki/Dual_%28mathematics%29,dual}, maybe eventually 8sync will be
1149 implemented on top of Fibers@dots{} that remains to be seen!)
1150
1151 \f
1152 @node 8sync's license and general comments on copyleft
1153 @section 8sync's license and general comments on copyleft
1154
1155 8sync is released under the GNU LGPL (Lesser General Public License),
1156 version 3 or later, as published by the Free Software Foundation.
1157 The short version of this is that if you distribute a modifications to
1158 8sync, whether alone or in some larger combination, must release the
1159 corresponding source code.
1160 A program which uses this library, if distributed without source code,
1161 must also allow relinking with a modified version of this library.
1162 In general, it is best to contribute them back to 8sync under the same terms;
1163 we'd appreciate any enhancements or fixes to be contributed upstream to
1164 8sync itself.
1165 (This is an intentional oversimplification for brevity, please read the LGPL
1166 for the precise terms.)
1167
1168 This usage of the LGPL helps us ensure that 8sync and derivatives of
1169 8sync as a library will remain free.
1170 Though it is not a requirement, we request you use 8sync to build free
1171 software rather than use it to contribute to the growing world of
1172 proprietary software.
1173
1174 The choice of the LGPL for 8sync was a strategic one.
1175 This is not a general recommendation to use the LGPL instead of the GPL
1176 for all libraries.
1177 In general, we encourage stronger copyleft.
1178 (For more thinking on this position, see
1179 @uref{https://www.gnu.org/licenses/why-not-lgpl.html,
1180       Why you shouldn't use the Lesser GPL for your next library}.)
1181
1182 Although 8sync provides some unique features, its main functionality
1183 is as an asynchronous programming environment, and there are many
1184 other asynchronous programming environments out there such as Node.js
1185 for Javascript and Asyncio for Python (there are others as well).
1186 It is popular in some of these communities to hold anti-copyleft positions,
1187 which is unfortunate, and many community members seem to be adopting
1188 these positions because other developers they look up to are holding
1189 them.
1190 If you have come from one of these communities and are exploring 8sync, we
1191 hope reading this will help you reconsider your position.
1192
1193 In particular, if you are building a library or application that uses
1194 8sync in some useful way, consider releasing your program under the GNU
1195 GPL or GNU AGPL!
1196 In a world where more and more software is locked down, where software is used
1197 to restrict users, we could use every chance we can get to provide
1198 protections so that software which is free remains free, and encourages even
1199 more software freedom to be built upon it.
1200
1201 So to answer the question, ``Can I build a proprietary program on top of
1202 8sync?'' our response is
1203 ``Yes, but please don't.
1204 Choose to release your software under a freedom-respecting license.
1205 And help us turn the tide towards greater software freedom...
1206 consider a strong copyleft license!''
1207
1208 @node Acknowledgements
1209 @section Acknowledgements
1210
1211 8sync has a number of inspirations:
1212
1213 @itemize @bullet
1214 @item
1215 @uref{https://docs.python.org/3.5/library/asyncio.html, asyncio}
1216 for Python provides a nice asynchronous programming environment, and
1217 makes great use of generator-style coroutines.
1218 It's a bit more difficult to work with than 8sync (or so thinks the author)
1219 because you have to ``line up'' the coroutines.
1220
1221 @item
1222 @uref{http://dthompson.us/pages/software/sly.html, Sly}
1223 by David Thompson is an awesome functional reactive game programming
1224 library for Guile.
1225 If you want to write graphical games, Sly is almost certainly a better choice
1226 than 8sync.
1227 Thanks to David for being very patient in explaining tough concepts;
1228 experience on hacking Sly greatly informed 8sync's development.
1229 (Check out Sly, it rocks!)
1230
1231 @item
1232 Reading @uref{https://mitpress.mit.edu/sicp/, SICP}, particularly
1233 @uref{https://mitpress.mit.edu/sicp/full-text/book/book-Z-H-19.html#%_chap_3,
1234       Chapter 3's writings on concurrent systems},
1235 greatly informed 8sync's design.
1236
1237 @item
1238 Finally, @uref{http://xudd.readthedocs.io/en/latest/, XUDD}
1239 was an earlier ``research project'' that preceeded 8sync.
1240 It attempted to bring an actor model system to Python.
1241 However, the author eventually grew frustrated with some of Python's
1242 limitations, fell in love with Guile, and well... now we have 8sync.
1243 Much of 8sync's actor model design came from experiments in developing
1244 XUDD.
1245
1246 @end itemize
1247
1248 The motivation to build 8sync came out of
1249 @uref{https://lists.gnu.org/archive/html/guile-devel/2015-10/msg00015.html,
1250       a conversation}
1251 at the FSF 30th party between Mark Weaver, David Thompson, Andrew
1252 Engelbrecht, and Christopher Allan Webber over how to build
1253 an asynchronous event loop for Guile and just what would be needed.
1254
1255 A little over a month after that, hacking on 8sync began!
1256
1257 \f
1258
1259 @node Copying This Manual
1260 @appendix Copying This Manual
1261
1262 This manual is licensed under the GNU Free Documentation License, with
1263 no invariant sections.  At your option, it is also available under the
1264 GNU Lesser General Public License, as published by the Free Software
1265 Foundation, version 3 or any later version.
1266
1267 \f
1268
1269 @menu
1270 * GNU Free Documentation License::  License for copying this manual.
1271 @end menu
1272
1273 @c Get fdl.texi from http://www.gnu.org/licenses/fdl.html
1274 @node GNU Free Documentation License
1275 @section GNU Free Documentation License
1276 @include fdl.texi
1277
1278 @node Index
1279 @unnumbered Index
1280
1281 @syncodeindex tp fn
1282 @syncodeindex vr fn
1283 @printindex fn
1284
1285 @bye
1286
1287 @c 8sync.texi ends here