Ruby 黑客指南/线程

概述

Ruby 接口

仔细想想，我还没有展示在实践中使用 Ruby 线程的例子。现在只是个简单的介绍

Thread.new {
  while true
    puts 'from thread'
  end
}
while true
  puts 'from main'
end

如果您执行此程序，您应该在输出中看到“来自线程”和“来自主线程”混合在一起。

当然，除了创建多个线程之外，还有很多方法可以控制它们。没有像 Java 中那样的synchronize关键字，但提供了像Mutex、Queue和Monitor这样的常用原语，下面的 API 可以用于对线程本身的操作。

线程 API

Thread.pass - 将执行传递给另一个线程
Thread.kill(th) - 结束线程th
Thread.exit - 结束此线程
Thread.stop - 暂时暂停此线程
Thread#join - 等待接收线程结束
Thread#wakeup - 恢复先前暂停的线程

Ruby 线程

乍一看，线程似乎都是一起运行的，但实际上它们是轮流执行的，每个线程都运行一小段时间。严格来说，在多 CPU 机器上，可以同时运行多个线程，但即使如此，如果线程数超过 CPU 数量，线程也必须轮流运行。

Ruby 仍然有一个 GIL（全局解释器锁）。由于这个锁，ruby 解释器严格来说一次只能运行一个线程。但是，当一个线程被阻塞（例如，等待网络数据到达）时，解释器可以在阻塞线程等待时切换到另一个线程。目前，如果您想用 ruby 真正同时运行多个线程，您将不得不运行多个解释器。这种技术通常被 unicorn 等 Web 服务器使用。已经做了很多工作来减轻 GIL 的影响，将来它可能会完全消失。不过，对于大多数目的来说，目前的情况已经足够了。

抢占式？

现在我们将更详细地讨论 Ruby 线程的特性。在讨论线程时，可以讨论它们是否是抢占式的。

在抢占式线程系统中，即使线程用户没有明确切换线程，线程也会自行切换。反过来看，线程切换的时间无法由用户控制。

另一方面，在非抢占式线程系统中，只要线程用户没有明确地说“你现在可以将控制权传递给下一个线程”，线程就不会切换。反过来看，很明显线程的用户可以控制线程可以切换的位置。

这种区别也适用于进程。在这种情况下，抢占式被认为是“优越”的方法。例如，如果一个程序存在导致它陷入无限循环的错误，进程将无法切换。换句话说，一个用户程序可能会锁住整个系统；这不是一件好事。Windows 3.1 以 MS-DOS 为基础，因此它的进程切换是非抢占式的，但 Windows 95 是抢占式的。因此，Windows 95 更加健壮，可以说 Windows 95 比 Windows 3.1 “优越”。

那么 Ruby 线程是什么样的呢？在 Ruby 级别，线程是抢占式的，而在 C 级别，线程是非抢占式的。换句话说，在编写 C 代码时，您可以几乎精确地指定线程切换的时间。

为什么 Ruby 线程是这样的？线程确实很方便，但在使用它们时必须考虑一些因素。也就是说，代码必须适应线程（代码必须是线程安全的）。也就是说，如果在 C 级别抢占线程切换，我们使用的所有 C 库都必须是线程安全的。

然而，实际上还有很多 C 库还没有线程安全。如果我们通过将线程安全作为要求来减少可以使用库的数量，那么为使扩展库易于编写而付出的所有努力将毫无意义。因此，对于 Ruby 来说，在 Ruby 级别使线程非抢占式是理性的选择。

管理结构

我们了解到，在 C 级别，Ruby 线程是非抢占式的。也就是说，您的线程运行一段时间后，它会自愿放弃对另一个线程的控制。因此，让我们考虑一个即将停止运行的执行线程。它应该将控制权传递给哪个线程？不，首先我们需要知道 Ruby 线程在内部是如何表示的。让我们看看管理线程的变量和数据结构。

▼ 线程管理结构

864  typedef struct thread * rb_thread_t;
865  static rb_thread_t curr_thread = 0;
866  static rb_thread_t main_thread;

7301  struct thread {
7302      struct thread *next, *prev;

(eval.c)

由于各种原因，struct thread 变得非常大，因此我们在此重点关注重要部分。仅查看这两个成员next和prev（它们都是rb_thread_t结构），您可能会认为rb_thread_t是一个双向链表。但实际上，它不仅仅是一个双向链表；它的两端相遇。换句话说，它是一个循环双向链表。这是一个重要的点。当您添加静态变量main_thread和curr_thread时，整个数据结构看起来像图 1。

图 1：管理线程的数据结构

main_thread 是程序启动时存在的线程。换句话说，它是“第一个”线程。curr_thread 当然是当前线程；也就是说，当前正在运行的线程。main_thread 的值在整个进程操作过程中不会改变，但curr_thread 的值会迅速改变。

以这种方式形成循环的线程，选择下一个线程很简单：只需沿着next链接并选择该线程即可。仅凭这一点，您就可以在一定程度上均匀地运行所有线程。