17、Ruby 多线程编程：线程、纤程与 Ractor 详解

Ruby 多线程编程：线程、纤程与 Ractor 详解

1. 多任务处理的利与弊

多任务处理在计算机编程中非常有用。当程序需要等待一个任务完成，如向慢速服务器发出 API 调用时，多任务处理能让程序将控制权交给其他任务，在等待期间继续执行有用的工作。如果计算机拥有多个 CPU，程序还能将任务分配到多个 CPU 上执行，从而显著提升运行速度。

然而，多任务处理也相当复杂。在多任务程序中，一个任务可能会改变另一个任务正在使用的数据状态，导致该任务对数据的理解出现偏差。同时，多个任务可能会争夺有限的资源，如文件系统，甚至可能会相互覆盖彼此的更改。由于人们很难预测复杂线程场景的影响，因此意外的 bug 成为了一个实际问题。

2. 线程安全与竞争条件

在编写同时执行多个任务的程序时，每个“任务”被称为一个线程，目标是实现线程安全，即无论线程以何种顺序执行，代码都能正确运行。但在某些情况下，操作顺序至关重要。例如，当两个线程同时写入一个日志文件时，如果最后一个线程覆盖了第一个线程的内容，而不是追加写入，那么日志文件的最终内容将取决于哪个线程先执行。这种情况被称为竞争条件，会导致难以诊断的 bug。

实现线程安全的关键是避免线程之间共享数据或状态信息，特别是当一个线程可以在其他线程不知情的情况下更改这些数据时。但有时必须共享信息，如访问公共数据库，这时就需要使用特定的结构来限制对共享资源的访问，确保同一时间只有一个线程可以访问。

3. Ruby 的全局解释器锁（GIL）

历史上，Ruby 程序存在一个全局解释器锁（GIL），它确保在任何时候只有一个线程能被 Ruby 实际执行。GIL 是 Ruby 保护线程