Ruby中的多线程(MRI)

Question

根据Ruby (MRI)中的GIL实现，下面的代码肯定会因为多次打印一条消息而失败。但它不会，它总是只打印一次：

class Sheep
  def initialize
    @shorn = false
  end

  def shorn?
    @shorn
  end

  def shorn!
    puts "shearing..."
    @shorn = true
  end
end

s = Sheep.new
55.times.map do
  Thread.new { s.shorn! unless s.shorn? }
end.each(&:join)

怎么会这样?

$ ruby --version
ruby 2.1.2p95 (2014-05-08 revision 45877) [x86_64-darwin13.0]

Answer 1

这有点依赖于你使用的确切的ruby版本(在调度线程的方式上有所不同)。在我的系统上，这有点取决于整体系统负载和终端的速度，但在Ruby 2.0.00p481上，我得到的输出在1到55行之间，在Ruby 1.8.7上，我始终只得到一行。

这里应该注意的是，Ruby 2.0和更高版本使用实际的OS线程(尽管仍然使用GIL)，而Ruby 1.8使用内部绿色线程和它自己的调度。老版本的ruby很可能调度线程的粒度更细。

在任何情况下，您都不应该依赖任何附带的线程调度行为。这不是任何有文档记录的行为和事情的一部分，随着的成熟，它将在不同的系统上进行更改。在使用线程时，应始终确保安全地使用共享数据结构。

Answer 2

我使用的是Ruby版本的ruby 2.1.5p273，我想稍有不同的Ruby版本应该会产生类似的结果。

每次运行程序时，我都会得到不同的结果。

我试着启用了一个内核，并启用了前几个内核。我看不出有什么不同。正如您所期望的，它不是线程安全的。

否则，我能想到的唯一答案就是你的程序太快/太轻，所以解释器不会经常考虑线程切换。

在这种情况下，我只有一个建议。这是一个技巧，你可以用来给解释器一个提示，也许她可以切换线程。您可以使用sleep函数。

在您的示例中，我会将其放在race condition之前

  def shorn!
    sleep 0.0001
    puts "shearing..."
    @shorn = true
  end

如果你想了解更多关于GIL的信息，我可以推荐Jesse Storimer的Nobody understands the GIL

如果您想了解更多关于Ruby和并发的内容，我可以推荐Dotan Nahum的Pragmatic Concurrency with Ruby

我建议的技巧是提到in this answer

Answer 3

正如其他人所提到的，GIL的行为没有文档记录，并且完全依赖于实现。您不应该依赖于对它的调度行为的任何期望。

然而，一个更详细(也更一般)的答案是，调度器在线程之间切换执行，以确保没有单个线程阻塞进程。这种切换称为上下文切换，或者更具体地说，称为线程切换。

当上下文切换发生时，当前线程的执行将暂停，而另一个线程的执行将恢复。如果它是一个正在“恢复”的全新线程，则意味着新线程的执行从头开始。

在您的程序中，每个新线程都以

s.shorn?

因为它对unless s.shorn?求值。此时，@shorn == false和s.shorn?的计算结果为false。然后线程就会运行：

s.shorn!

在#shorn!中运行的第一个命令是：

puts "shearing..."

接下来会发生什么取决于线程调度器：

1. 如果调度程序决定让当前线程继续执行，则执行的下一个命令是@shorn = true。然后线程结束，调度程序启动下一个线程，unless s.shorn?计算结果为true，然后线程停止。此行为在循环中重复，直到没有其他线程为止。
2. 如果调度程序决定切换到另一个线程，则它将在@shorn = true之前暂停执行，并从头开始运行与以前相同的代码。这意味着在新线程启动时执行@shorn == false，因此puts "shearing..."将再次执行。

如您所见，这完全取决于调度器何时决定执行上下文切换。

但是GIL呢？

GIL是MRI Ruby中一个被严重误解的部分。有很多资源可以解释GIL是如何工作的，但在这种情况下，您应该知道的最重要的事情是，GIL不能保证每个线程都会按顺序运行。

相反，GIL只是保证大多数用C实现的核心Ruby方法(例如，Array#<<)在它们完成之前不会被上下文切换中断。在puts "shearing..."的例子中，我没有看过puts的代码，但是GIL可能保证在当前运行的线程执行完puts之前不会运行其他线程。

至于为什么在MI1.8.7下运行代码时，它只显示shearing...一次，这与绿色线程和原生线程没有任何关系。更好的答案是，这是一个巧合。更准确的答案是，在您的情况下，由于某种原因，调度程序决定在运行@shorn = true之后中断第一线程。这种行为可能是由于绿色线程造成的，因为您的本机调度器可能比Ruby的调度器更频繁地中断(因此在下面的答案之一中提出了“更细粒度”的建议)，但这不一定是真的。这也可能是一次偶然的机会。

Ruby中的多线程很容易搞砸。因此，Matz建议坚持使用forking进程，这是内存低效的，但消除了管理线程的负担。对于较大的项目，另一种方法是使用像Celluloid这样的库，它抽象了Ruby线程安全机制。然而，对于像这样的小示例，一个简单的互斥就可以了：

semaphore = Mutex.new

s = Sheep.new
55.times.map {
  Thread.new {
    semaphore.synchronize do
      s.shorn! unless s.shorn?
    end
  }
}.each(&:join)