【Crystal】Concurrency

by at_grandpa

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Concurrency 2018.07.18 @at_grandpa Crystal.tokyo #7 in 渋谷

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@at_grandpa

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圧倒亭グランパのブログ

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Concurrency

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✔ Concurrency の雰囲気を話します ✔ 細かい syntax などはドキュメント参照

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No content

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“as in Go or Clojure” ✔ Go の goroutine/channel とほぼ同じ終了！

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Concurrency の中身をちょっと覗いてみましょう

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サンプルコード ✔ 並行処理 ✔ 各処理からの値の取得

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String型のChannelをインスタンス化

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２つのFiberを生成

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Channel経由で値を取得

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2018-07-18 08:12:50 +09:00 start 2018-07-18 08:12:50 +09:00 [fiber 1] start 2018-07-18 08:12:50 +09:00 [fiber 2] start 2018-07-18 08:12:55 +09:00 [top level] value: send from fiber 1 2018-07-18 08:12:55 +09:00 [fiber 1] end 2018-07-18 08:13:00 +09:00 [top level] value: send from fiber 2 2018-07-18 08:13:00 +09:00 end

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どういう仕組みで動いているか

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✔ Fiber  ✔ Runtime Scheduler  ✔ Event Loop ✔ Channel  ✔ IO::Syscall Concurrencyを理解するポイント

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Fiber ✔ Process ⊃ Thread ⊃ Fiber  ✔ 協調マルチタスク  　- Fiber自ら、処理を他のFiberに委譲する　- １つのFiberが固まるとシステム全体が固まる  ✔ Crystalの処理は全てFiberで行われている  　- 「Main Fiber」でメインの処理を実行している

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Runtime Scheduler ✔ Fiberの切り替えを担当  ✔ クラス変数にFiberのqueueを持っている  　- @@runnables = Deque(Fiber).new  　- 実行可能Fiberのqueue ✔ Scheduler.rescheduleで切り替え

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Event Loop ✔ I/O処理の委譲先  ✔ 委譲している間に別のFiberを実行できる ✔ I/O処理が終了したら委譲元のFiberに移る

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Channel ✔ Fiber間のデータのやりとり  ✔ 送信元Fiberや受信先Fiberを保持　- @senders = Deque(Fiber).new  　- @receivers = Deque(Fiber).new ✔ 送受信時にFiberを切り替え  　- Runtime Scheduler を使う

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IO::Syscall ✔ 以下でincludeされている  　- Crystal::System::FileDescriptor  　- Socket  ✔ read/writeでFiber切り替え　- Runtime Scheduler を使うほぼ全てのI/Oを網羅

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実際の動き追う

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Channelをインスタンス化

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・Fiber1を定義・Runtime Scheduler の　実行可能Fiberのqueueに　Fiber1が enqueue される

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concurrency.cr ・Fiber1を定義・Runtime Scheduler の　実行可能Fiberのqueueに　Fiber1が enqueue される

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・Fiber2を定義・Runtime Scheduler の　実行可能Fiberのqueueに　Fiber2が enqueue される

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・実際の処理はここから開始・Top Level のコードは　「Main Fiber」で動いている・Channelの送受信時には　Fiberの切り替えが行われる

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・実際の処理はここから開始・Top Level のコードは　「Main Fiber」で動いている・Channelの送受信時には　Fiberの切り替えが行われる・Runtime Scheduler の　実行可能Fiberのqueue 　からshift ・Fiber1に処理が移る

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・Fiber1に処理が移った

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・sleep

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concurrency.cr

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concurrency.cr ﬁber.cr

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concurrency.cr ﬁber.cr ・Event Loop に処理を委譲・Runtime Scheduler で　queueの次のFiber切り替え

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concurrency.cr ﬁber.cr ・Event Loop に処理を委譲・Runtime Scheduler で　queueの次のFiber切り替え・Fiber2へ移る

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・Fiber2に処理が移った

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・同じくFiber切り替え・しかし、もう　実行可能Fiberのqueueには　Fiberが存在しない・I/O処理を待機するしかない

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待機中 . . .

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・Event Loop が sleep 5 の　終了を検知・処理中のFiberが他にいないので　Fiber1の処理が再開される

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・Channelに値を送信・sendの場合はreceiveを　呼んだFiberに切り替え・Main Fiber に切り替わる・このとき、sendしたFiberを　Schedulerのqueueにenqueue

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・Channelに値を送信・sendの場合はreceiveを　呼んだFiberに切り替え・Main Fiber に切り替わる・このとき、sendしたFiberを　Schedulerのqueueにenqueue

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・受信された値を表示

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・Schedulerの　実行可能Fiberのqueueを元に　Fiberの切り替え・queueにはsendした際に　enqueueされたFiber1が入っている

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・Schedulerの　実行可能Fiberのqueueを元に　Fiberの切り替え・queueにはsendした際に　enqueueされたFiber1が入っている・Fiber1が再開

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・値の表示

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・Fiber1のブロックが終了・Fiberの切り替えが発生・しかし、Schedulerの　queueには実行可能Fiberが　存在しない

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待機中 . . .

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・Event Loop が sleep 10 の　終了を検知・処理中のFiberが他にいないので　Fiber2に処理が戻る

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・Channelに値を送信・sendの場合はreceiveを　呼んだFiberに切り替え・Main Fiber に切り替わる・このとき、sendしたFiberを　Schedulerのqueueにenqueue

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・Channelに値を送信・sendの場合はreceiveを　呼んだFiberに切り替え・Main Fiber に切り替わる・このとき、sendしたFiberを　Schedulerのqueueにenqueue

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・受信された値を表示

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・そのまま終了

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・そのまま終了・ここは通らない

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・そのまま終了・ここは通らない 2018-07-18 08:12:50 +09:00 start 2018-07-18 08:12:50 +09:00 [fiber 1] start 2018-07-18 08:12:50 +09:00 [fiber 2] start 2018-07-18 08:12:55 +09:00 [top level] value: send from fiber 1 2018-07-18 08:12:55 +09:00 [fiber 1] end 2018-07-18 08:13:00 +09:00 [top level] value: send from fiber 2 2018-07-18 08:13:00 +09:00 end [ﬁber 2] end は表示されてない

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複雑！

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とはいえ ✔ Concurrencyに必要な役者を知る  　- Fiber, Runtime Scheduler, Event loop, Channel  ✔ Fiberが切り替わるタイミングを知る  　- I/Oの場合  　　- 実行可能Fiber-queueからshift  　- receiveの場合  　　- 実行可能Fiber-queueからshift  　　- sendしたFiberをqueueにenqueue  　- sendの場合  　　- receiveしたFiberに切り替えこれらを知るだけで、だいぶ変わる

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まとめ

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✔ 並行処理 ✔ Concurrencyに必要な役者を知ろう  ✔ Fiberを切り替えるタイミングを知ろう Concurrency

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✔ 立て続けにsendされたらどうなるの？  　- sendされた値もqueueに保存される  　- receiveを呼ぶ度にqueueからshift ✔ Fiber内でI/O以外の重い処理があったら？　- 委譲できない処理はそのまま処理される  　- その処理が終わるまで他のFiberは実行できない  ✔ 入れ子spawnとかどうなるんだろう？  　- ＼(^o^)／まだまだあるよ

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Happy Crystalling ! ﬁn