Ruby 3.0.0 发布

由 naruse 发布于 2020 年 12 月 25 日

我们很高兴地宣布 Ruby 3.0.0 的发布。自 2015 年以来，我们一直在为 Ruby 3 的目标——性能、并发和类型——进行不懈的努力。特别是在性能方面，Matz 表示“Ruby3 将比 Ruby2 快 3 倍”，又称 Ruby 3x3。

Optcarrot 3000 frames

通过 Optcarrot 基准测试，该测试基于 NES 游戏模拟工作负载衡量单线程性能，其性能比 Ruby 2.0 快了 3 倍！

这些测试是在 benchmark-driver.github.io/hardware.html 中指明的环境中进行的。Ruby 3.0 使用的是 commit 8c510e4095。根据您的环境或基准测试的不同，性能可能不是 3 倍。

Ruby 3.0.0 通过以下方式实现了这些目标：

性能
- MJIT
并发
- Ractor
- Fiber 调度器
类型（静态分析）
- RBS
- TypeProf

凭借上述性能提升，Ruby 3.0 引入了以下几项新功能。

性能

当我首次在会议主题演讲中宣布“Ruby3x3”时，许多人，包括核心团队成员，都觉得“Matz 在吹牛”。事实上，我自己也有这种感觉。但我们做到了。我很荣幸看到核心团队确实实现了将 Ruby 3.0 的性能提升到 Ruby 2.0 的三倍（在某些基准测试中）。– Matz

MJIT

MJIT 进行了多项改进。详情请参阅 NEWS。

从 Ruby 3.0 开始，JIT 预计将在有限的工作负载中提供性能改进，例如游戏（Optcarrot）、AI（Rubykon），或任何大部分时间都在反复调用少量方法来完成的应用程序。

尽管 Ruby 3.0 显著减小了 JIT 代码的大小，但对于 Rails 这样经常在大量方法之间切换而导致 JIT 加剧的 i-cache 缺失的工作负载，它仍然尚未做好优化准备。敬请关注 Ruby 3.1 以获得进一步的改进。

并发 / 并行

如今已是多核时代。并发性非常重要。通过 Ractor 和 Async Fiber，Ruby 将成为一门真正的并发语言。— Matz

Ractor（实验性）

Ractor 是一种类似 Actor 模型并发抽象，旨在提供并行执行功能，而无需担心线程安全。

您可以创建多个 Ractor 并并行运行它们。Ractor 使您能够创建线程安全的并行程序，因为 Ractor 无法共享普通对象。Ractor 之间的通信通过消息传递来支持。

为了限制对象的共享，Ractor 对 Ruby 的语法进行了一些限制（如果没有多个 Ractor，则没有限制）。

规范和实现尚未成熟，未来可能会发生变化，因此此功能被标记为实验性，并在第一次 Ractor.new 出现时显示“experimental feature”警告。

以下小程序通过顺序执行 4 次或使用 Ractor 并行执行 4 次来测量著名基准测试 tak 函数（Tak (function) - Wikipedia）的执行时间。

def tarai(x, y, z) =
  x <= y ? y : tarai(tarai(x-1, y, z),
                     tarai(y-1, z, x),
                     tarai(z-1, x, y))
require 'benchmark'
Benchmark.bm do |x|
  # sequential version
  x.report('seq'){ 4.times{ tarai(14, 7, 0) } }

  # parallel version
  x.report('par'){
    4.times.map do
      Ractor.new { tarai(14, 7, 0) }
    end.each(&:take)
  }
end

Benchmark result:
          user     system      total        real
seq  64.560736   0.001101  64.561837 ( 64.562194)
par  66.422010   0.015999  66.438009 ( 16.685797)

结果是在 Ubuntu 20.04, Intel(R) Core(TM) i7-6700 (4 核, 8 线程) 上测得的。结果表明，并行版本比顺序版本快 3.87 倍。

有关更多详细信息，请参阅 doc/ractor.md。

Fiber 调度器

Fiber#scheduler 被引入，用于拦截阻塞操作。这使得轻量级并发成为可能，而无需更改现有代码。观看 “Don’t Wait For Me, Scalable Concurrency for Ruby 3” 来了解其工作原理的概述。

当前支持的类/方法

Mutex#lock, Mutex#unlock, Mutex#sleep
ConditionVariable#wait
Queue#pop, SizedQueue#push
Thread#join
Kernel#sleep
Process.wait
IO#wait, IO#read, IO#write 和相关方法（例如 #wait_readable, #gets, #puts 等）。
IO#select **不支持**。

此示例程序将并发执行多个 HTTP 请求

require 'async'
require 'net/http'
require 'uri'

Async do
  ["ruby", "rails", "async"].each do |topic|
    Async do
      Net::HTTP.get(URI "https://www.google.com/search?q=#{topic}")
    end
  end
end

它使用了 async，它提供了事件循环。此事件循环使用 Fiber#scheduler 钩子使 Net::HTTP 变为非阻塞。其他 gem 可以使用此接口为 Ruby 提供非阻塞执行，并且这些 gem 可以与其他 Ruby 实现（例如 JRuby, TruffleRuby）兼容，因为它们也支持相同的非阻塞钩子。

静态分析

2010 年代是静态类型编程语言的时代。Ruby 通过抽象解释，在不进行类型声明的情况下，以静态类型检查来寻求未来。RBS 和 TypeProf 是迈向未来的第一步。未来还有更多步骤。— Matz

RBS

RBS 是一种描述 Ruby 程序类型的语言。

包括 TypeProf 在内的类型检查器以及其他支持 RBS 的工具将通过 RBS 定义更好地理解 Ruby 程序。

您可以写下类和模块的定义：类中定义的方法、实例变量及其类型，以及继承/混入关系。

RBS 的目标是支持 Ruby 程序中常见的模式，它允许编写高级类型，包括联合类型、方法重载和泛型。它还支持具有*接口类型*的鸭子类型。

Ruby 3.0 附带了 rbs gem，它允许解析和处理用 RBS 编写的类型定义。以下是一个包含类、模块和常量定义的 RBS 小示例。

module ChatApp
  VERSION: String
  class Channel
    attr_reader name: String
    attr_reader messages: Array[Message]
    attr_reader users: Array[User | Bot]              # `|` means union types, `User` or `Bot`.
    def initialize: (String) -> void
    def post: (String, from: User | Bot) -> Message   # Method overloading is supported.
            | (File, from: User | Bot) -> Message
  end
end

有关更多详细信息，请参阅 rbs gem 的 README。

TypeProf

TypeProf 是 Ruby 包中捆绑的类型分析工具。

目前，TypeProf 充当一种类型推断工具。

它读取纯（非类型注解）Ruby 代码，分析定义了哪些方法以及如何使用它们，并生成 RBS 格式的类型签名原型。

这里有一个 TypeProf 的简单演示。

一个输入示例

# test.rb
class User
  def initialize(name:, age:)
    @name, @age = name, age
  end
  attr_reader :name, :age
end
User.new(name: "John", age: 20)

一个输出示例

$ typeprof test.rb
# Classes
class User
  attr_reader name : String
  attr_reader age : Integer
  def initialize : (name: String, age: Integer) -> [String, Integer]
end

您可以将输入保存为“test.rb”并调用命令“typeprof test.rb”来运行 TypeProf。

您还可以在线尝试 TypeProf。（它在服务器端运行 TypeProf，如果失效，敬请谅解！）

有关详细信息，请参阅 TypeProf 文档和演示。

TypeProf 仍处于实验阶段，尚未成熟；目前仅支持 Ruby 语言的子集，类型错误检测也有限。但它仍在快速发展，以提高语言特性覆盖率、分析性能和可用性。欢迎任何反馈。

其他值得注意的新特性

一行模式匹配已重新设计。（实验性）

添加了 =>。它可以像右侧赋值一样使用。

0 => a
p a #=> 0

{b: 0, c: 1} => {b:}
p b #=> 0

in 的返回值现已更改为 true 或 false。

# version 3.0
0 in 1 #=> false

# version 2.7
0 in 1 #=> raise NoMatchingPatternError

添加了查找模式。（实验性）

case ["a", 1, "b", "c", 2, "d", "e", "f", 3]
in [*pre, String => x, String => y, *post]
  p pre  #=> ["a", 1]
  p x    #=> "b"
  p y    #=> "c"
  p post #=> [2, "d", "e", "f", 3]
end

添加了无尽方法定义。
```
def square(x) = x * x
```

Hash#except 现在是内置的。

h = { a: 1, b: 2, c: 3 }
p h.except(:a) #=> {:b=>2, :c=>3}

添加了内存视图作为一项实验性功能。
- 这是一套新的 C API，用于在扩展库之间交换原始内存区域，例如数字数组或位图图像。扩展库还可以共享由形状、元素格式等组成的内存区域的元数据。利用这些类型的元数据，扩展库甚至可以适当地共享多维数组。此功能的设计参考了 Python 的缓冲区协议。

性能改进

在 IRB 中粘贴长代码比 Ruby 2.7.0 附带的版本快 53 倍。例如，粘贴此示例代码所需的时间从 11.7 秒减少到 0.22 秒。

IRB 中已添加 measure 命令。它允许进行简单的执行时间测量。

irb(main):001:0> 3
=> 3
irb(main):002:0> measure
TIME is added.
=> nil
irb(main):003:0> 3
processing time: 0.000058s
=> 3
irb(main):004:0> measure :off
=> nil
irb(main):005:0> 3
=> 3

自 2.7 以来的其他重要更改

关键字参数已从其他参数中分离。
- 原则上，在 Ruby 2.7 中会发出警告的代码将不再工作。详情请参阅本文档。
- 顺便说一句，参数转发现在支持前置参数。
```
def method_missing(meth, ...)
  send(:"do_#{ meth }", ...)
end
```
模式匹配（case/in）不再是实验性的。
- 有关详细信息，请参阅模式匹配文档。
$SAFE 功能已完全移除；现在它是一个普通的全局变量。
Ruby 2.5 中已反转了后向追溯的顺序；此更改已被恢复。现在后向追溯的行为与 Ruby 2.4 相同：先打印错误消息和异常发生的行号，然后打印其调用者。
一些标准库已更新。
- RubyGems 3.2.3
- Bundler 2.2.3
- IRB 1.3.0
- Reline 0.2.0
- Psych 3.3.0
- JSON 2.5.1
- BigDecimal 3.0.0
- CSV 3.1.9
- Date 3.1.0
- Digest 3.0.0
- Fiddle 1.0.6
- StringIO 3.0.0
- StringScanner 3.0.0
- 等。
以下库不再是捆绑的 gem 或标准库。安装相应的 gem 以使用这些功能。
- sdbm
- webrick
- net-telnet
- xmlrpc
以下默认 gems 现在是打包 gems。
- rexml
- rss
以下 stdlib 文件现在是默认 gem，并在 rubygems.org 上发布。
- English
- abbrev
- base64
- drb
- debug
- erb
- find
- net-ftp
- net-http
- net-imap
- net-protocol
- open-uri
- optparse
- pp
- prettyprint
- resolv-replace
- resolv
- rinda
- set
- securerandom
- shellwords
- tempfile
- tmpdir
- time
- tsort
- un
- weakref
- digest
- io-nonblock
- io-wait
- nkf
- pathname
- syslog
- win32ole

有关更多详细信息，请参阅 NEWS 或 commit 日志。

通过这些更改，自 Ruby 2.7.0 以来，4028 个文件已更改，200058 行插入(+)，154063 行删除(-)！

Ruby 3.0 是一个里程碑。语言在不断发展，同时保持兼容性。但这并非终点。Ruby 将继续进步，变得更加伟大。敬请关注！— Matz

圣诞快乐，节日快乐，祝您使用 Ruby 3.0 编程愉快！

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什么是 Ruby

Ruby 最初由 Matz（Yukihiro Matsumoto）于 1993 年开发，现已作为开源项目进行开发。它运行在多个平台上，并在全世界范围内得到广泛应用，尤其是在 Web 开发领域。

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