您好,登錄后才能下訂單哦!
這篇文章主要介紹了Ruby3多線程并行Ractor怎么使用的相關(guān)知識,內(nèi)容詳細易懂,操作簡單快捷,具有一定借鑒價值,相信大家閱讀完這篇Ruby3多線程并行Ractor怎么使用文章都會有所收獲,下面我們一起來看看吧。
在Ruby3之前,使用Thread來創(chuàng)建新的線程,但這種方式創(chuàng)建的多線程是并發(fā)而非并行的,MRI有一個全局解釋器鎖GIL來控制同一時刻只能有一個線程在執(zhí)行:
# main Thread t1 = Thread.new do # new Thread sleep 3 end t1.join
Ruby3通過Ractor(Ruby Actor,Actor模型通過消息傳遞的方式來修改狀態(tài))支持真正的多線程并行,多個Ractor之間可并行獨立運行。
# main Ractor # 創(chuàng)建一個可與main Ractor并行運行的Ractor r = Ractor.new do sleep 2 Ractor.yield "hello" end puts r.take
需注意,每個Ractor中至少有一個原生Ruby線程,但每個Ractor內(nèi)部都擁有獨立的GIL,使得Ractor內(nèi)部在同一時刻最多只能有一個線程在運行。從這個角度來看,Ractor實際上是解釋器線程,每個解釋器線程擁有一個全局解釋器鎖。
如果main Ractor退出,則其他Ractor也會收到退出信號,就像main Thread退出時,其他Thread也會退出一樣。
使用Ractor.new
創(chuàng)建一個Ractor實例,創(chuàng)建實例時需指定一個語句塊,該語句塊中的代碼會在該Ractor中運行。
r = Ractor.new do puts "new Ractor" end
可在new方法的參數(shù)上為該Ractor實例指定名稱:
r = Ractor.new(name: "ractor1") do puts "new Ractor" end puts r.name # ractor 1
new方法也可指定其他參數(shù),這些參數(shù)必須在name參數(shù)之前,且這些參數(shù)將直接原樣傳遞給語句塊參數(shù):
arr = [11, 22, 33] r = Ractor.new(arr, name: "r1") do |arr| puts "arr" end sleep 1
關(guān)于new的參數(shù),稍后還會有解釋。
可使用Ractor.current
獲取當前的Ractor實例,使用Ractor.count
獲取當前存活的Ractor實例數(shù)量。
Ractor傳遞消息的方式分兩種:
Push方式:向某個特定的Ractor實例推送消息,可使用r.send(Msg)
或別名r << Msg
向該Ractor實例傳送消息,并在該Ractor實例內(nèi)部使用Ractor.receive
或別名Ractor.recv
或它們的同名私有方法來接收推送進來的消息
Ractor還提供了Ractor.receive_if {expr}
方法,表示只在expr為true時才接收消息,receive
等價于receive_if {true}
Pull方式:從某個特定的Ractor實例拉取消息,可在該Ractor實例內(nèi)部使用Ractor.yield
向外傳送消息,并在需要的地方使用r.take
獲取傳輸出來的消息
Ractor.new
的語句塊返回值,相當于Ractor.yield
,它也可被r.take
接收
因此,對于Push方式,要求知道消息傳遞的目標Ractor,對于Pull方式,要求知道消息的來源Ractor。
# yield + take r = Ractor.new {Ractor.yield "hello"} puts r.take # send + receive r1 = Ractor.new do # Ractor.receive或Ractor.recv # 或同名私有方法:receive、recv puts Ractor.receive end r1.send("hello") r1.take # 本次take取得r1語句塊的返回值,即puts的返回值nil
使用new方法創(chuàng)建Ractor實例時,可指定new的參數(shù),這些參數(shù)會被原樣傳遞給Ractor的語句塊參數(shù)。
arr = [11, 22, 33] r = Ractor.new(arr) { |arr| ...}
實際上,new的參數(shù)等價于在Ractor語句塊的開頭使用了Ractor.receive
接收消息:
r = Ractor.new 'ok' { |msg| msg } r.take #=> 'ok' # 基本等價于 r = Ractor.new do msg = Ractor.receive msg end r.send 'ok' r.take #=> 'ok'
Ractor之間傳遞消息時,實際上是通過Ractor的消息端口進行傳遞的。
每個Ractor都有自己的incoming port和outgoing port:
incoming port:是該Ractor接收消息的端口,r.send
和Ractor.receive
使用該端口
每個incoming port都連接到一個大小不限的隊列上
r.send
傳入的消息都會寫入該隊列,由于該隊列大小不限,因此r.send
從不阻塞
Ractor.receive
從該隊列彈出消息,當隊列為空時,Ractor.receive
被阻塞直到新消息出現(xiàn)
可使用r.close_incoming
關(guān)閉incoming port,關(guān)閉該端口后,r.send
將直接報錯,Ractor.receive
將先從隊列中取數(shù)據(jù),當隊列為空后,再調(diào)用Ractor.receive
將報錯
outgoing port:是該Ractor向外傳出消息的端口,Ractor.yield
和r.take
使用該端口
Ractor.yield
或Ractor語句塊返回時,消息從outgoing port流出
當沒有r.take
接收消息時,r內(nèi)部的Ractor.yield
將被阻塞
當r內(nèi)部沒有Ractor.yield
時,r.take
將被阻塞
Ractor.yield
從outgoing port傳出的消息可被任意多個r.take
等待,但只有一個r.take
可獲取到該消息
可使用r.close_outgoing
關(guān)閉outgoing port,關(guān)閉該端口后,再調(diào)用r.take
和Ractor.yield
將直接報錯。如果r.take
正被阻塞(等待Ractor.yield
傳出消息),關(guān)閉outgoing port操作將取消所有等待中的take并報錯
可使用Ractor.select(r1,r2,r3...)
等待一個或多個Ractor實例outgoing port上的消息(因此,select主要用于等待Ractor.yield
的消息),等待到第一個消息后立即返回。
Ractor.select
的返回值格式為[r, obj]
,其中:
r表示等待到的那個Ractor實例
obj表示接收到的消息對象
例如:
r1 = Ractor.new{'r1'} r2 = Ractor.new{'r2'} rs = [r1, r2] as = [] # Wait for r1 or r2's Ractor.yield r, obj = Ractor.select(*rs) rs.delete(r) as << obj # Second try (rs only contain not-closed ractors) r, obj = Ractor.select(*rs) rs.delete(r) as << obj as.sort == ['r1', 'r2'] #=> true
通常來說,會使用Ractor.select
來輪詢等待多個Ractor實例的消息,通用化的處理流程參考如下:
# 充當管道功能的Ractor:接收消息并發(fā)送出去,并不斷循環(huán) pipe = Ractor.new do loop do Ractor.yield Ractor.receive end end RN = 10 # rs變量保存了10個Ractor實例 # 每個Ractor實例都從管道pipe中取一次消息然后由本Ractor發(fā)送出去 rs = RN.times.map{|i| Ractor.new pipe, i do |pipe, i| msg = pipe.take msg # ping-pong end } # 向管道中發(fā)送10個數(shù)據(jù) RN.times{|i| pipe << i} # 輪詢等待10個Ractor實例的outgoing port # 每等待成功一次,從rs中刪除所等待到的Ractor實例, # 然后繼續(xù)等待剩下的Ractor實例 RN.times.map{ r, n = Ractor.select(*rs) rs.delete r n }.sort #=> [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
此外,Ractor.select
除了可等待消息外,也可以用來yield傳遞消息,更多用法參考官方手冊:Ractor.select。
多個Ractor之間是可并行運行的,為了避免Ractor之間傳遞數(shù)據(jù)時出現(xiàn)競態(tài)問題,Ractor采取了一些措施:
對于不可變對象,它們可直接在Ractor之間共享,此時傳遞它們的引用
對于可變對象,它們不可直接在Ractor之間共享,此時傳遞數(shù)據(jù)時,默認先按字節(jié)逐字節(jié)拷貝,然后后傳遞副本
也可以顯式指定移動數(shù)據(jù),將某份數(shù)據(jù)從Ractor1移動到另一個Ractor2中,即轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)的所有權(quán)(參考Rust的所有權(quán)規(guī)則),轉(zhuǎn)移所有權(quán)后,原始所有者Ractor中將無法再訪問該數(shù)據(jù)
可共享的對象:自動傳遞它們的引用,效率高
不可變對象可在Ractor之間直接共享(如Integer、symbol、true/false、nil),如:
i=123
:i是可共享的
s="str".freeze
:s是可共享的
h={c: Object}.freeze
:h是可共享的,因為Object是一個類對象,類對象是可共享的
a=[1,[2],3].freeze
:a不可共享,因為凍結(jié)后仍然包含可變的[2]
Class/Module對象,即類對象自身和模塊對象自身是可共享的
Ractor對象自身是可共享的
例如:
i = 33 r = Ractor.new do m = recv puts m.object_id end r.send(i) # 傳遞i r.take # 等待Ractor執(zhí)行結(jié)束(語句塊返回) puts i.object_id # i傳遞后仍然可用 =begin 67 67 =end
值得注意的是,Ractor對象是可共享的,因此可將某個Ractor實例傳遞給另一個Ractor實例。例如:
pipe = Ractor.new do loop do Ractor.yield Ractor.receive end end RN = 10 rs = RN.times.map{|i| # pipe是一個Ractor實例,這里作為參數(shù)傳遞給其他的Ractor實例 Ractor.new pipe, i do |pipe, i| pipe << i end } RN.times.map{ pipe.take }.sort #=> [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
絕大多數(shù)對象不是可直接共享的。在Ractor之間傳遞不可共享的對象時,默認會傳遞deep-copy后的副本,即按字節(jié)拷貝的方式拷貝該對象的每一個字節(jié)。這種方式效率較低。
例如:
arr = [11, 22, 33] # 數(shù)組是可變的,不可共享 r = Ractor.new do m = recv puts "copied: #{m.object_id}" end r.send(arr) # 傳遞數(shù)組,此時將逐字節(jié)拷貝數(shù)組 r.take puts "origin: #{arr.object_id}" =begin copied: 60 origin: 80 =end
從結(jié)果看,兩個Ractor內(nèi)的arr不是同一個對象。
需注意,對于全局唯一的對象來說(比如數(shù)值、nil、false、true、symbol),逐字節(jié)拷貝時并不會拷貝它們。例如:
arr = %i[lang action sub] r = Ractor.new do m = recv puts "copied: #{m.object_id}, #{m[0].object_id}, #{m[1].object_id}" end r.send(arr) r.take puts "origin: #{arr.object_id}, #{arr[0].object_id}, #{arr[1].object_id}" =begin copied: 60, 80, 1046748 origin: 100, 80, 1046748 =end
注意,Thread對象無法拷貝,因此無法在Ractor之間傳遞。
還可以讓r.send(msg, move: true)
和Ractor.yield(msg, move: true)
傳遞數(shù)據(jù)時,明確表示要移動而非拷貝數(shù)據(jù),即轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)的所有權(quán)(從原來的所有者Ractor實例轉(zhuǎn)移到目標Ractor實例)。
無論是可共享還是不可共享的對象,都可以轉(zhuǎn)移所有權(quán),只不過轉(zhuǎn)移可共享對象的所有權(quán)沒有意義,因為轉(zhuǎn)移之后,原所有者仍然擁有所有權(quán)。
因此,通常只對不可共享的數(shù)據(jù)來轉(zhuǎn)移所有權(quán),轉(zhuǎn)移所有權(quán)后,原所有者將無法訪問該數(shù)據(jù)。
str = "hello" puts str.object_id r = Ractor.new do m = recv puts m.object_id end r.send(str, move: true) # 轉(zhuǎn)移str的所有權(quán) r.take #puts str.object_id # 轉(zhuǎn)移所有權(quán)后再訪問str,將報錯 =begin 60 80 =end
值得注意的是,移動的本質(zhì)是內(nèi)存拷貝,它底層也一樣是逐字節(jié)拷貝原始數(shù)據(jù)的過程,所以移動傳遞數(shù)據(jù)的效率和傳遞副本數(shù)據(jù)的效率是類似的。移動傳遞和傳遞副本的區(qū)別之處在于所有權(quán),移動傳遞后,原所有者Ractor實例將無法訪問該數(shù)據(jù),而拷貝傳遞方式則允許原所有者訪問。
注意,Thread對象無法轉(zhuǎn)移所有權(quán),因此無法在Ractor之間傳遞。
對于不可共享的數(shù)據(jù)obj,可通過Ractor.make_shareable(obj)
方法將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒蚕淼臄?shù)據(jù),默認轉(zhuǎn)變的方式是逐層次地遞歸凍結(jié)obj。也可指定額外的參數(shù)Ractor.make_shareable(obj, copy: true)
,此時將深拷貝obj得其副本,再讓副本(逐層遞歸凍結(jié))轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒蚕頂?shù)據(jù)。
例如:
arr = %w[lang action sub] puts arr.object_id r = Ractor.new do m = recv puts m.object_id end r.send(Ractor.make_shareable(arr)) r.take puts arr.object_id puts arr.frozen?
輸出:
60 60 60 true
工作者線程池:
require 'prime' pipe = Ractor.new do loop do Ractor.yield Ractor.receive end end N = 1000 RN = 10 workers = (1..RN).map do Ractor.new pipe do |pipe| while n = pipe.take Ractor.yield [n, n.prime?] end end end (1..N).each{|i| pipe << i } pp (1..N).map{ _r, (n, b) = Ractor.select(*workers) [n, b] }.sort_by{|(n, b)| n}
Pipeline:
# pipeline with yield/take r1 = Ractor.new do 'r1' end r2 = Ractor.new r1 do |r1| r1.take + 'r2' end r3 = Ractor.new r2 do |r2| r2.take + 'r3' end p r3.take #=> 'r1r2r3'
關(guān)于“Ruby3多線程并行Ractor怎么使用”這篇文章的內(nèi)容就介紹到這里,感謝各位的閱讀!相信大家對“Ruby3多線程并行Ractor怎么使用”知識都有一定的了解,大家如果還想學習更多知識,歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。
免責聲明:本站發(fā)布的內(nèi)容(圖片、視頻和文字)以原創(chuàng)、轉(zhuǎn)載和分享為主,文章觀點不代表本網(wǎng)站立場,如果涉及侵權(quán)請聯(lián)系站長郵箱:is@yisu.com進行舉報,并提供相關(guān)證據(jù),一經(jīng)查實,將立刻刪除涉嫌侵權(quán)內(nèi)容。