Crystal Programming. Введение на основе проекта в создание эффективных, безопасных и читаемых веб-приложений и приложений CLI

Параллельное программирование — важная тема при изучении Crystal. Вы можете создавать легкие потоки (известные как волокна) с помощью метода spawn. По умолчанию Crystal распределяет работу между одним ядром CPU, используя асинхронный цикл событий. Это простой и очень эффективный подход, который избавляет программиста от необходимости иметь дело с синхронизацией потоков и гонками за данными. При выполнении операции ввода-вывода блокируется только текущее волокно; все остальные могут тем временем работать. В большинстве случаев масштабируемость может быть достигнута за счет запуска нескольких экземпляров Crystal для использования преимуществ нескольких ядер. Параллелизм будет обсуждаться более подробно в Главе 8 «Использование внешних библиотек».

Тем не менее, бывают случаи, когда настоящая многопоточность становится необходимостью. Например, при работе с интенсивной обработкой CPU одного наличия одновременных волокон недостаточно. Возможность одновременной параллельной работы нескольких волокон является обязательной. Для этого в Crystal есть экспериментальный флаг -Dpreview_mt, который позволяет вашей программе использовать все ядра. Каждое ядро будет иметь собственный цикл событий для запуска волокон и операций I/O.

Этот режим является экспериментальным, и пока не все функции в нем хорошо работают. Особое внимание следует уделить синхронизации данных. Рекомендуемый и безопасный подход — использовать каналы для всей связи между волокнами и избегать совместного использования глобального состояния. Тем не менее, он работает и его можно использовать для тестирования. Несколько возможных изменений, которые он может иметь, прежде чем он будет признан готовым к производству, заключаются в следующем:

• Work stealing: когда одно ядро процессора простаивает из-за того, что у него нет волокна для запуска (возможно, все они ожидают какой-либо операции I/O), оно должно иметь возможность украсть возобновляемое волокно у другого ядра и продолжить работу с ним. Это предотвращает простаивание ядра процессора во время выполнения работы.

• Предварительное планирование: это гарантирует, что одно волокно не сможет использовать слишком много процессорного времени, прежде чем другое волокно сможет запуститься. Это достигается путем приостановки длительно работающих волокон и принудительного переключения контекста.

Структурированный параллелизм

Параллелизм — это процесс одновременного выполнения множества вычислений. В разных языках это понятие рассматривается по-разному. Например, в Erlang есть актеры, в JavaScript — промисы, в .NET — задачи, а в Go — горутины. Каждый из них предоставляет различную абстракцию того, как понимать и обрабатывать текущие задания, а также передавать данные между ними.

Crystal предоставляет некоторые примитивы низкоуровневого параллелизма с волокнами, каналами и оператором выбора. Они довольно мощные и позволяют программе обрабатывать параллелизм по своему усмотрению. Но в стандартной библиотеке по-прежнему отсутствует инструмент более высокого уровня для структурированного параллелизма, где время жизни и поток данных каждого задания четко определены и предсказуемы. Это сделает параллельное программирование менее подверженным ошибкам и облегчит его анализ. Подробнее об этом можно узнать, прочитав выпуск #6468.

Инкрементальная компиляция и улучшенный инструментарий

Crystal использует систему вывода типов, которая применяется ко всей программе одновременно для анализа и идентификации каждого типа выражения в программе. Это отличается от обычного вывода типа в других языках, поскольку оно работает за пределами границ метода, и типы аргументов не требуют явного типизации. Однако это имеет свою цену. Анализ всей программы на предмет типов требует, ну, всей программы сразу. Любое изменение любой строки в любом файле приводит к повторению всего анализа с самого начала.

Компиляция и анализ программ Crystal происходит немного медленнее, чем на других языках, но это плата за отличную производительность и потрясающий синтаксис, семантику и выразительность.

Существуют расширения для многих редакторов кода и IDE, поддерживающих Crystal, но они в основном основаны на самом компиляторе и, следовательно, не предлагают поэтапный анализ программы, и разработчику часто приходится ждать несколько секунд, прежде чем получить отзыв, например тип информация о наведении или смысловых ошибках. Скорее всего, он будет разработан как собственный языковой сервер.

Использование встроенных отладчиков работает, но они пока не обеспечивают полной поддержки Crystal для проверки любых переменных во время выполнения или оценки выражений.