运用Ruby纤程进行异步I/O：NeverBlock和Revactor

纤程（Fibers）慢慢地进入了Ruby开发者们的视线中，将作为新的并发原语而广为使用。通过对纤程和非阻塞（或者说异步）I/O这两种方法的组合，可以解决用户空间线程问题或者Ruby 1.9的巨型解释器锁（Giant Interpreter Lock，简称GIL）的问题，这个问题使得Ruby语言线程每次只能有一个是激活的。

\

最大的问题要数和使用那些阻塞的系统调用了，尤其是I/O方面的。阻塞的系统调用，就拿读取来说，直到数据准备好的时候才会返回。在用户态的线程系统中，这意味着这个进程中的所有线程也都会阻塞。解决方法是将 I/O系统与阻塞I/O的方式进行解耦。有一种方法是在引发一个阻塞的系统调用以前捕捉它，以一种非阻塞的方式来处理这个I/O请求，然后挂起这个纤程，给另外的纤程运行的机会。一旦系统收到这个I/O请求的回应的话，纤程会再度被调度。

\

纤程提供了一个好用的并发工具来实现这个概念，而不会让使用者去忍受些什么不愉快。目前，两个程序库都着重于使用纤程实现解决方案。比较新的解决方案是NeverBlock程序库（Github代码库包括NeverBlock、NeverBlock PG、支持ActiveRecord的NeverBlock PG适配器，以及支持异步操作的MySQLPlus MySQL适配器）。更加通用的解决方案是建立在诸如Actor和进程通信等Erlang的思想之上的，来自Tone Arcieri的Revactor程序库。我们对来自NeverBlock项目的Mohammad A. Ali和来自Revactor项目的Tone Arcieri进行了访谈。

\

NeverBlock

\

InfoQ: 准确点儿说，NeverBlock做了些什么？依我看，它提供了一个连接池把传入代码包装在纤程当中，等到连接可用的时候再恢复纤程。NeverBlock的主要贡献是什么？

\

Mohammad A. Ali实现池机制对于NeverBlock其他部分的正常工作是必须的。最初的想法是，我们需要为应用程序提供即时的IO并发，例如Rails、Merb或者Ramaze等不支持完全线程安全的应用。

\

想要达到这个目标的话，我们需要一个web服务器来包装来自纤程的请求和IO程序库，纤程来自于NeverBlock的纤程池，而IO程序库（不仅仅是DB而是全部的IO操作）则是那些与纤程有关并利用其进行暂停和恢复请求的程序库。所有的一切都要使用一个诸如EventMachine或者Rev这样的事件循环来进行搭配。

\

InfoQ: NeverBlock::PG 是基于NeverBlock构建的，而且PostgreSQL驱动已经支持了非阻塞I/O且立等可用。如果这样的话，再引入NeverblockPG做什么呢？如果想添加另外一个事件驱动的话，比如说Mysql，还没有非阻塞I/O的支持，那么NeverBlock会提供什么帮助呢？

\

Mohammad A. Ali NeverBlock::PG驱动可以让非阻塞操作透明化，你只需要使从纤程池中spawn一个纤程出来即可。这样的话，你就可以这么写程序：

\

pool.spawn do
 res1 = db.exec(query1)
 res2 = db.exec(query2_that_depends_on_query1)
end

\

一个普通的非阻塞实现会比这更加复杂。多亏了纤程，我们可以写出这种看似明明是阻塞的代码，却能够以非阻塞的行为运行。

\

对于NeverBlock::PG驱动，我们再更深入一点。我们刚刚发布了一个全新的activerecord-neverblock-postgresql适配器，将非阻塞IO带到了 ActiveRecord中。我觉得很容易猜到NeverBlock的下一个目标是什么了。

\

最有意思的是，当你将NeverBlock应用于全栈应用的时候，它能以一种几乎透明的方式来实现。

\

NeverBlock不能让一个阻塞的驱动变得非阻塞。它能让一个非阻塞的驱动的操作看起来更像是阻塞的方式，而不会牺牲非阻塞的特性。这既是说，我们未来的努力方向是类似于Asymy的（事件化mysql驱动）。

\

InfoQ: 你的程序库需要纤程（Fibers）的支持，而纤程只有Ruby 1.9才支持。你认为这对用户来说是一个问题吗（考虑到Ruby 1.9依然变化频繁而且并没有太多人去尝试）？你的程序库的特性会不会对用户去尝试Ruby 1.9起到一个刺激作作用呢？

\

Mohammad A. Ali 我相信纤程是Ruby 1.9中最棒的事情之一。同样的功能可以通过Ruby 1.8的continuation实现，但是性能上要差得多。另外稳定的1.9目前离发布也为期不远了，我觉得我们真的应该前行了。我相信 NeverBlock、Revactor或者类似的东西提供的优点会帮助大家心甘情愿地转换过去的。

\

InfoQ: 看了看NeverBlock开放的源代码：你对Fiber使用了开放类并加入了一些方法。这么做的目的是什么？

\

Mohammad A. Ali 纤程对于存储纤程本地变量方面的功能是缺失的，然而线程可以做到。我需要这些功能来替代事务的当前ActiveRecord实现并使得纤程可查。我还需要它们来做到非阻塞操作的可选性，还有线程的上下文等等。

\

InfoQ: 你听说过Revactor吗？

\

Mohammad A. Ali 听过，我还搞过一点Revactor。实际上我用Rev做为NeverBlock除了EventMachine以外的第二后端（仅仅是实验性质的）。但是 NeverBlock和Revactor的目的不同。Revactor为Ruby引入了一个新的并发模型，而NeverBlock目的是以最小的变化把并发引入当前的Ruby程序中。

\

编辑注：在本次采访完成之时，第一个异步MySQL驱动的尝试──MySQLPlus已经可用了。

\

Revactor

\

InfoQ: Revactor的当前状态是什么？

\

Tony Arcieri: 在无数的项目当中有些被忽视，然而在很多商业应用上已经获得了成功。

\

InfoQ: Revactor新版本的计划是什么？

\

Tony Arcieri: 最近Aman Gupta发布了一个“poor man's Fibers”的Ruby 1.8的实现。这样的话将Revactor移植到1.8也是可以的了，然而性能上可能会很差。

\

目前，Revactor还只是支持将全部的Actors放在同一个Ruby线程中。而更好的做法是可以在不同的线程中运行的Actors之间互相传递消息，但是目前还做不到。我已经和一些有兴趣实现它的人们聊过，希望很快就可以将这种方式引入Revactor。

\

InfoQ: 用户需要直接对Revactor的actors进行编程吗？还是可以使用RevActor为其他的程序库实现后端，这样可以（对开发者）透明化？

\

Tony Arcieri: Revactor 和Rubinius中的Actor实现基本上兼容，但是目前Rubinius中的Actors还没有一个简单的方法可以像Erlang的gen_tcp那样进行网络编程。这也就是说，开发者们想使用Actors编写网络应用的话，可以先从Revactor开始，将来再移植到Rubinius上。

\

InfoQ: 你是如何调度阻塞I/O请求的？你使用内核线程来运行I/O请求吗？

\

Tony Arcieri: 当所有已发现的Actor消息都处理了、而且没有其他Actors是运行态的时候，Revactor使用一个我编写的、叫做Rev（和 EventMachine类似）的事件程序库来监控I/O事件。Rev使用Ruby 1.9中的rb_thread_blocking_region()函数来做到阻塞监控I/O读取的系统调用，因此不需要再使用独立的内核线程。 Revactor动态地扩展了Ruby的TCPSocket类（Revactor::TCP），这样能做到看起来像阻塞的调用方式，但是实际上则是传回给 Actor调度器。对现存的库进行Moneky Patch（动态打补丁）来做到Revactor::TCP替换Ruby Sockets是很容易做到的。比如说，Revactor就发布了一个小补丁，来实现在Mongrel中使用Actors而不是线程来并发。

\

InfoQ: 你如何处理I/O请求序列？是批量请求处理吗？

\

Tony Arcieri: 从表面上看，调用方式是“阻塞”的。当一个I/O请求处理结束后，当前的Actor就会休眠，并在下一次I/O竞争发生的时候被重新调度。这使得那些依赖于阻塞方式接口的程序库可以很方便的构建在Revactor之上。比如说ActiveRecord或者DataMapper之类的（目前还没有运行在 Revactor之上）。

\

InfoQ: Rubinius上Actors的状态是什么?

\

Tony Arcieri: 它做了所有Revactor能做的事，并且宣布将支持TCP套接字“active模式”。这意味着在从TCP套接字中读取输入的时候，和以前不同的是，传入的数据是通过标准内部Actor消息异步送达到指定的Actor的。这使得Actor可以并行处理I/O和内部Actor消息。Rubinius虚拟机目前正在使用C++重写，在重写之后希望可以包含实现“active模式”消息传递的全部特性。当它一旦可用的时候，我就会去尝试一下。

\

InfoQ: 有计划让Revactor支持Rubinius吗？

\

Tony Arcieri: 没有，Revactor大量的利用到了YARV的特性。Rubinius有一个很棒的并发模型和以Task和Channel的形式的I/O支持，而且Rubinius现有的Actor实现让这两者都非常的有效率。Revactor和Rubinius Actors在duck type方面很大程度上是相似的，所以编写两者都兼容的程序并不是一件很头疼的事情。

\

InfoQ: 在Rubinius上运行Actors或者Revactor有什么优势呢（超过Ruby 1.9）？

\

Tony Arcieri: 现在的话还是Ruby 1.9平台更好一些，对于现有的库有着更好的兼容性。Rubinius正在开发当中，而且目前在重写。在将来，Rubinius上会有很多优势能超越 Ruby 1.9，比如用于并发和I/O的Task/Channel抽象就会比Ruby 1.9中现存的更加清晰。在1.8和1.9上用于I/O的解决方案一直都是运行一个诸如EventMachine或者Rev的事件框架，与Ruby内建的 I/O并行工作，而Rubinius在I/O方面一开始就已经占优势了。

\

InfoQ: 你知道使用Revactor的项目吗？

\

Tony Arcieri: 我已经听说了很多人在一些内部项目中使用它了，主要是用于并发HTTP客户端。我还不知道任何已经发布的项目用到了它。

\

InfoQ: 依赖Ruby 1.9的话，会不会对Revactor或者使用纤程的库的推广造成阻碍？

\

Tony Arcieri: 我当然可以想象的到这种情况。我也被Ruby 1.9的bug折磨过，所以能想象绝大部分的试用者都会小心翼翼的使用的。我已经了解到最近很多利用纤程来实现事件框架的项目冒了出来，比如Ry Dahl的Flow web server。

\

查看英文原文：Using Ruby Fibers for Async I/O: NeverBlock and Revactor。

\

---

志愿参与InfoQ中文站内容建设，请邮件至[e-mail]。也欢迎大家到InfoQ中文站用户讨论组参与我们的线上讨论。