對于所有Rubyists來說，2020年是特殊的一年。難道不是這樣么?Ruby 2于2013年發(fā)布，我們使用Ruby 2.x已有7年之久，我們一直在等待Ruby 3的發(fā)布。

終于，等待結(jié)束了。我們終于在圣誕期間迎來了Ruby 3.0.0，它為這種高級通用編程語言提供了更高的性能和其他功能，這不啻給我們最好的圣誕節(jié)禮物?，F(xiàn)在是時候拆開禮品盒了，看看我們得到的所有Ruby 3功能。

Ruby 3.0的開發(fā)著眼于更高的性能、并發(fā)性和類型，并成功實現(xiàn)了比Ruby 2.0的性能快3.0倍的目標(biāo)。3.0倍速是在使用新的Ruby 3.0的Just-In-Time(JIT)運行時編譯器時實現(xiàn)的，但與Ruby 2相比，就其VM實現(xiàn)而言，仍然是相當(dāng)可觀的提速。

也許有人會問，為什么把Ruby 3.0的性能提速跟Ruby 2.0對比，而不是諸如Ruby 2.7?請去官網(wǎng)閱讀發(fā)行說明，將性能提高3倍是2015年的既定目標(biāo)。

Ruby3.0的JIT表現(xiàn)出非常出色的性能，非常適合需要多次調(diào)用幾種方法的工作負載。Ruby 3.1有望為需要更多調(diào)用方法的工作負載提高JIT性能。

Ruby 3.0還為并行執(zhí)行功能提供了實驗性的"Ractor"，而無需考慮線程安全性;Fiber Scheduler允許攔截阻塞操作、改進靜態(tài)分析、改進的單行模式匹配以及許多其他更改。

Ruby 3主要更新

數(shù)字3在Ruby 3版本中非常有意義。它是發(fā)布版本號，使性能提高了3倍，核心貢獻者(Matz，TenderLove和Koichi)也是三人組。同樣，Ruby 3有3個主要目標(biāo)：更快、并發(fā)性更好并確保正確性。

1. Ruby 3性能

性能是Ruby 3的主要關(guān)注重點之一。實際上，圍繞Ruby 3，開發(fā)者團隊內(nèi)部最初就進行了討論。Ruby創(chuàng)始人Matz(松本行弘)于2015年設(shè)定了一個雄心勃勃的目標(biāo)，就是將Ruby的速度提高3倍。

什么是Ruby 3x3?

在討論這一點之前，讓我們重新審視Ruby的核心理念。

Matz說到："我希望看到Ruby幫助世界上的每個程序員提高生產(chǎn)力，享受編程并感到幸福。"

關(guān)于Ruby 3x3，有人問是否目標(biāo)是使Ruby成為最快的語言?答案是不。Ruby 3x3的主要目標(biāo)是使Ruby的速度比Ruby 2快3倍。

Matz談到："沒有一種語言足夠快。"

Ruby并非為追求速度最快而設(shè)計，如果這是目標(biāo)，那么Ruby將不會是今天這種局面。隨著Ruby語言性能的提高，它無疑有助于我們的應(yīng)用程序更快且可擴展。

Matz坦承："在Ruby語言的設(shè)計中，我們主要集中在生產(chǎn)力和編程樂趣上。結(jié)果，Ruby太慢了。"

可以衡量性能的區(qū)域有兩個：內(nèi)存和CPU。

CPU優(yōu)化

Ruby中已進行了一些增強，以提高速度。Ruby團隊從以前的版本中優(yōu)化了JIT(Just In Time)編譯器。Ruby MJIT編譯器最早是在Ruby 2.6中引入的。Ruby 3 MJIT具有更好的安全性，并且似乎在很大程度上提高了Web應(yīng)用程序的性能。

MJIT的實現(xiàn)不同于通常的JIT。當(dāng)方法被反復(fù)調(diào)用(例如10000次)時，MJIT將選擇可以編譯為本機代碼的方法并將其放入隊列。稍后MJIT將獲取隊列并將其轉(zhuǎn)換為本地代碼。

內(nèi)存優(yōu)化

Ruby 3帶有增強的垃圾收集器。它具有類似python的緩沖區(qū)的API，有助于更好地利用內(nèi)存。從Ruby 1.8開始，Ruby在垃圾回收算法方面不斷進步。

自動垃圾壓縮

垃圾收集的最新變化是垃圾壓縮。它是在Ruby 2.7中引入的，該過程有點手動。但是在版本3中，它是全自動的，適當(dāng)調(diào)用壓縮程序以確保適當(dāng)?shù)膬?nèi)存利用率。

對象分組

垃圾壓縮器移動堆中的對象。它將分散的對象組合在一起放在內(nèi)存中的某個位置，以便后面更大的對象可以有效利用內(nèi)存。

2. Ruby 3中的并行性和并發(fā)性

并發(fā)是任何編程語言的重要關(guān)注點之一。Matz認為Ruby程序員未能正確地使用線程這一抽象層。

Matz表示："我很遺憾添加線程。"

Ruby 3使應(yīng)用程序并發(fā)運行變得容易得多。Ruby 3中增加了一些與并發(fā)相關(guān)的功能和改進。

Fibers

在Ruby 3中，F(xiàn)ibers的引進被認為是突破性的。Fibers是輕量級工作線程，看起來像線程，但具有一些優(yōu)勢。它比線程消耗更少的內(nèi)存。它為程序員提供了更大的控制權(quán)，使其可以定義可以暫?；蚧謴?fù)的代碼段，從而實現(xiàn)更好的I/O處理。

Fiber Scheduler

Fiber Scheduler是Ruby 3中添加的一項實驗性功能。它被引入來攔截諸如I/O之類的阻塞操作?？上驳氖?，它允許輕量級并發(fā)，并且可以輕松集成到現(xiàn)有代碼庫中，而無需更改原始代碼邏輯。這是一個接口，可以通過諸如EventMachine或Async之類的gem創(chuàng)建包裝器來引入，此接口設(shè)計允許事件循環(huán)實現(xiàn)與應(yīng)用程序代碼之間的關(guān)注點分離。

以下是HTTP使用并發(fā)發(fā)送多個請求的示例Async。

require 'async'  
require 'net/http'  
require 'uri'  
LINKS = [  
'https://xmyy.com',  
'https://www.xmyy.com'  
]  
Async do  
LINKS.each do |link|  
Async do  
Net::HTTP.get(URI(link))  
end  
end  
end 

Ractors(Guilds)

眾所周知，Ruby的globalVM lock(GVL)阻止大多數(shù)Ruby線程并行計算。Ractor可以解決此問題，GVL可以提供更好的并行性。Ractor是類似于Actor-Model的并發(fā)抽象，旨在提供并行執(zhí)行而無需擔(dān)心線程安全。

Ractors允許不同Ractor中的線程同時計算。每個Ractor具有至少一個線程，該線程可以包含多個Fibers。在Ractor中，在給定的時間只允許執(zhí)行一個線程。

以下程序返回一個非常大的平方根。它并行計算兩個數(shù)字的結(jié)果。

# Math.sqrt(number) in ractor1, ractor2 run in parallel  
ractor1, ractor2 = *(1..2).map do  
Ractor.new do  
number = Ractor.recv  
Math.sqrt(number)  
end  
end  
 
# send parameters  
ractor1.send 3**71  
ractor2.send 4**51  
 
p ractor1.take #=> 8.665717809264115e+16  
p ractor2.take #=> 2.251799813685248e+15 

3.靜態(tài)分析

我們需要測試以確保我們程序的正確性。但是，從本質(zhì)上講，測試可能意味著重復(fù)的代碼工作。

Matz甚至吐槽："我討厭測試，因為它不是人干的。"

為了確保程序的正確性，除了測試之外，靜態(tài)分析是個不錯的工具。

靜態(tài)分析依賴于內(nèi)聯(lián)類型注釋。解決此難題的解決方案是使.rbs文件與我們的.rb文件平行。

RBS

RBS是一種描述Ruby程序結(jié)構(gòu)的語言。它為我們提供了該程序的概述，以及如何定義整體類，方法等。使用RBS，我們可以編寫Ruby類、模塊、方法、實例變量、變量類型和繼承的定義。它支持Ruby代碼中的常用模式以及高級類型(如并集和鴨子duck typing類型)。

這些.rbs文件類似于.d.tsTypeScript中的文件。以下是一個.rbs文件外觀的小例子。具有類型定義的優(yōu)點是可以針對實現(xiàn)和執(zhí)行進行驗證。

下面的示例是不言自明的。我們需要在這里注意的一件事是each_post接受一個塊或返回一個枚舉器。

# user.rbs  
class User  
attr_reader name: String  
attr_reader email: String  
attr_reader age: Integer  
attr_reader posts: Array[Post]  
def initialize: (name: String,  
email: String,  
age: Integer) -> void  
def each_post: () { (Post) -> void } -> void  
| () -> Enumerator[Post, void]  
end 

其他值得注意的變化

• 粘貼到IRB中的速度要快得多。
• 回溯的順序已顛倒。首先打印錯誤消息和行號，然后打印其余的跟蹤信息。
• Hash#transform_keys 接受將舊密鑰與新密鑰映射的哈希。
• 插值字符串文字在# frozen-string-literal: true使用時不再凍結(jié)。
• Symbol#to_proc現(xiàn)在返回一個lambda Proc。
• 添加了Symbol#name ，它以凍結(jié)的字符串形式返回符號的名稱。

過渡

為了滿足Ruby 3的目標(biāo)需求，許多核心庫已經(jīng)作了修改。但這并不意味著我們的舊應(yīng)用程序會突然停止工作。Ruby團隊已確保這些更改向后兼容。我們可能會在現(xiàn)有代碼中看到一些棄用警告。開發(fā)人員可以修復(fù)這些警告，以從舊版本平穩(wěn)過渡到新版本。我們都準(zhǔn)備使用新功能并希冀從新的性能改進中受益。

結(jié)論

隨著性能、內(nèi)存利用率、靜態(tài)分析以及Ractors和Scheduler等新功能的極大改進，我們對Ruby的未來充滿信心。使用Ruby 3，應(yīng)用程序可以具有更大的可伸縮性和更令人愉快的使用。即將到來的2021年不僅是所有Rubyists的新年，而且是一個新時代。