淺談 Ruby 的 Fiber(三)

延續上一篇文章的實作,我們已經有一個簡易的 Thread 版本 TCP Socket 伺服器可以運作,那麼該怎麼用 Fiber 修改呢?

思考

在我們使用 Thread 的時候,應該要先執行哪個 Thread 中的任務會由作業系統或者語言本身底層的實作來協助我們處理,但是 Fiber 目前只能用來在不同的程式碼片段中切換,所以我們就需要自己管理應該要切換到哪一個片段。

所以我們要先定義一個情境:

當 Blocking I/O 發生的時候,會發生什麼事情?

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# Server 嘗試讀取 Client 的資料
resp = client.gets
# Blocking I/O 發生
# ...
# ...
# 使用者輸入 HELLO
# Blocking I/O 結束
puts resp
# => HELLO

其實就是當我們嘗試做 Read(讀取)跟 Write(寫入)的時候,暫時無法操作的狀態。

Ex. 想讀取資料卻無法讀取

所以,根據上一篇文章的案例,當我們嘗試 #gets 卻沒有得到使用者的回應時,就應該先透過 Fiber.yield 把執行權限釋放出來。

嘗試

因為邏輯上跟以往我們習慣的方式不太一樣,所以我們需要進行多次的嘗試,讓 Fiber 可以像我們預期的一樣運作。

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server = TCPServer.new 3000

fibers = []
loop do
client = server.accept
client.puts 'Hello World'

fibers.each(&:resume)

fiber = Fiber.new do
Fiber.yield
puts client.gets
client.close
end

fiber.resume
fibers << fiber
end

這樣看起來好像會運作,不過當我們嘗試執行的時候,卻發現有一些奇怪的地方。

  1. 輸入訊息後沒有馬上斷線
  2. 第二個人連上後才會斷線

分析

當第一個人連上後,會發生以下事情:

  1. 先把 fibers 裡面存在的 Fiber 執行 #resume 一次
  2. 對這次連上的使用者產生一個 Fiber
  3. 先執行一次(抵達第一次的 Fiber.yield)被暫停
  4. 將目前的 Fiber 物件儲存在 fibers
  5. 重新呼叫 server.accept -> Blocking I/O

第二個人連上後,會發生以下的事情

  1. 先把 fibers 裡面存在的 Fiber 執行 #resume 一次
  2. 第一個連線的使用者執行 #gets 行為 -> Blocking I/O

到目前為止已經被 Blocking I/O 堵住兩次,還比原本沒有 Fiber 的版本更難懂,那麼問題出在哪裡呢?

解析

首先,我們希望程式上遇到 Blocking I/O 時先不要卡住我們,所以我們需要將 server.acceptclient.gets 這兩個行為調整成 Nonblocking I/O 的使用方式。

也就是當遇到 Blocking I/O 的時候我們希望直接回傳「沒有資料」之類的訊息給我們,而不是直接停住。

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loop do
puts 'LOOPING'
begin
client = server.accept_nonblock
# 有人連上了!
rescue IO::WaitReadable
# 目前都沒有人連線!
end
end

#accept_nonoblock 這個用法作為例子,我們會發現,假設我們做 puts 'LOOPING' 這段程式碼,如果是 #accept 的時候,需要有人連上才會顯示訊息,但是在 #accept_nonblock 的時候,則會不斷出現。

同時,我們也會得到一個叫做 IO::WaitReadable 的錯誤,告訴我們現在雖然讀取了,但是實際上是無法讀取任何東西的,需要等待有東西可以讀取。

透過這樣的機制,我們就可以在碰到這個錯誤時進行 Fiber.yield 先讓他暫停,等到我們確認他可以讀取後,再繼續執行。

小結

這篇文章我們發現如果使用 Thread 的話,基本上是由作業系統去管理碰到 Blocking I/O 時該怎麼做,但是如果是 Fiber 的話,我們就得完全靠 Ruby 來解決。

同時也會遇到某些情境無法使用的狀況,像是 net/http 這個標準函式庫,並沒有提供 Nonblocking I/O 的方法,我們就無法透過在 Blocking I/O 狀態下先讓他暫停,並且先切換到其他工作上。

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