Ruby 3.0.0 现已发布

由 naruse 发表于 2020-12-25
翻译： Delton Ding

我们很高兴宣布 Ruby 3.0.0 已发布。自 2015 年起，我们就开始努力开发 Ruby 3，其目标在更高的性能、并发性和更安全的类型。尤其是性能上，Matz 表示「Ruby 3 会比 Ruby 2 快 3 倍」，也就是 Ruby 3x3。

Optcarrot 3000 frames

在 Optcarrot 基准测试中我们测量了单线程 NES 游戏模拟器工作负载下的性能，其相比 Ruby 2.0 快了 3 倍！

该结果是 Ruby 3.0 在下面的环境中测试得到的（benchmark-driver.github.io/hardware.html ）。取决于你所运行的环境和基准测试的类型，可能提升不足 3 倍。

Ruby 3.0.0 的主要目标包括

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

除了这些性能提升，Ruby 3 还引入了下面的新特性。

性能

当我第一次在会议上提到「Ruby 3x3」的时候，大多数核心团队的成员都觉得 Matz 在吹牛。事实上，我也这么觉得。但是我们做到了。我很高兴看到核心开发团队完成了 Ruby 3.0 比 2.0 快 3 倍的目标（在一些基准测试中）。—— Matz

MJIT

MJIT 引入了大量的提升。详见 NEWS。

对于 Ruby 3.0 来说，JIT 将能在某些特定的工作负载下得到性能提升，例如游戏（Optcarrot）、AI（Rubykon），以及其它大多数时间都在反复调用某些特定方法的应用中。

虽然 Ruby 3.0 大幅降低了 JIT 后代码的大小，但对例如 Rails 这样的负载还没有做好准备。其调用大量不同的方法，在使用 JIT 后会遇到 CPU 指令缓存命中率降低的问题。Ruby 3.1 会在这一问题上进行进一步优化提升，敬请关注。

并发/并行

现在是多核的时代，并发性很重要。有了 Ractor 和异步 Fiber，Ruby 将会成为一门真正的并发语言。—— Matz

Ractor（实验性）

Ractor 是一个基于 Actor 模型的并发抽象层，提供了无需担心线程安全的并行环境。

你可以创建多个 Ractor，它们能并行运行。Ractor 能保障多线程的线程安全，因为其无法跨线程共享一般对象，需要通过多个 Ractor 之间的通信来交换信息。

为了限制共享对象，Ractor 在 Ruby 语法中引入了多重的限制（如果不使用多个 Ractor 的话，没有这些限制）。

目前的规格和实现尚不完善，并可能在未来发生变更，因此当你第一次调用 Ractor.new 的时候会提示该特性是「实验性」的。

下面的小程序使用了 4 个 Ractor 线程同时执行著名的 Tak 函数（Tak (function) - Wikipedia）测量了其性能。

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

基准测试结果：
          user     system      total        real
seq  64.560736   0.001101  64.561837 ( 64.562194)
par  66.422010   0.015999  66.438009 ( 16.685797)

该测试在 Ubuntu 20.04，Intel(R) Core(TM) i7-6700（4 核心 8 线程）下完成。测量显示其比起顺序执行，有约 3.87 倍的性能提升。

详见 doc/ractor.md。

Fiber 调度器

Fiber#scheduler 被引入来解决阻塞操作的问题。其允许在不修改已有代码的情况下，自动实现轻量化的并发。详见 “Don’t Wait For Me, Scalable Concurrency for Ruby 3” 来了解其工作原理。

目前支持的类和方法有：

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

下面是一个同时运行多个 HTTP 请求的样例程序：

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

这里使用了 async 来提供事件循环。事件循环会使用 Fiber#scheduler 的钩子来实现将 Net::HTTP 变为非阻塞请求。其它使用该接口的 gem 也会自动提供非阻塞执行。这样实现的 gem 对于 Ruby 的其它实现了非阻塞的解释器（例如 JRuby, TruffleRuby）也能达到一样的非阻塞运行的效果。

静态分析

21 世纪 10 年代是静态编程语言的时代。Ruby 使用了抽象解释层来探索在没有类型定义的情况下实现类型检查。RBS 和 TypeProf 是迈向这样未来的第一步。未来还有更多发展。—— Matz

RBS

RBS 是一门描述 Ruby 类型的语言。

包括 TypeProf 在内的支持 RBS 的类型检查器能更好通过 RBS 定义来理解 Ruby 程序。

你可以写下类和模块的定义：例如类中的方法、实例变量和它们的类型，以及它们如何组合和继承。

RBS 的目的是支持常见的 Ruby 程序的各种模式，并使其可以描述高级类型，包括：组合类型、函数重载、泛型。其也支持对鸭子类型提供接口类型。

Ruby 3.0 包括 rbs 的 gem，允许直接解析和处理 RBS 定义的类型。下面是一个 RBS 定义类、模块和常量的类型定义。

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

详见 rbs gem 的 README。

TypeProf

TypeProf 是 Ruby 自带的类型分析工具。

目前，TypeProf 是一个类型推断器。

其读取没有类型标注的 Ruby 代码，分析其方法如何被使用，然后生成一个 RBS 的类型签名。

下面是使用 TypeProf 的一个例子。

样例输入：

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

样例输出：

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

你只需把输入保存为 test.rb文件然后调用命令 typeprof test.rb 即可生成。

你也可以在线尝试 TypeProf。（其运行在服务器上，如果出现服务中断，我们深表遗憾。）

详见文档和示例。

TypeProf 目前是实验特性，还不够成熟。只有 Ruby 语言的一个子集可以被分析，能检测出的类型错误也比较有限。但其正在快速开发来覆盖更多 Ruby 语言特性、更好的分析性能以及可用性。我们欢迎任何反馈。

其它值得注意的新特性

单行模式匹配被重新设计了（实验性）

加入 =>。其可以被用作向右赋值。

0 => a
p a #=> 0

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

in 改成了会返回 true 或 false.

# version 3.0
0 in 1 #=> false

# version 2.7
0 in 1 #=> raise NoMatchingPatternError

加入了模式查找功能（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

加入了无需 end 关键字的函数定义
```
def square(x) = x * x
```

内建了 Hash#except

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

内存查看以实验性的形式加入
- 这是一个用来交换内存原始空间的新 C-API。例如将数组和位图在两个扩展库中交换。该扩展库可以互相共享其内存空间的元信息，例如尺寸、格式等。利用这些元信息，扩展库之间可以共享例如多维度的数组。该功能参考了 Python 的 buffer protocol 设计。

性能提升

粘贴长代码到 IRB 中，比起 Ruby 2.7.0 快了 53 倍。例如粘贴样例代码从 11.7 秒变成了只需 0.22 秒。

IRB 加入了 measure 命令，来简单测量命令的执行时间。

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

其它自 2.7 起的新特性

关键字参数和其它参数分离。
- 原则上，在 2.7 会跑出警告的操作在 3.0 不能执行。详见文档。
- 顺带一提，参数现在支持了前缀参数匹配。
```
def method_missing(meth, ...)
  send(:"do_#{ meth }", ...)
end
```
模式匹配 (case/in) 不再是实验性特性。
- 详见模式匹配文档。
$SAFE 特性被彻底移除，现在它就是一个普通的全部常量。
backtrace 的顺序在 Ruby 2.5 中被颠倒，现在倒了回来。现在其行为和 2.4 一致，先打印错误信息，再以此打印其调用者。
一些标准库被升级
- 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
- etc.
标准库以及内置的 gem 不再含有下面的 gems 如果要使用相应的特性，请安装对应的 gem
- sdbm
- webrick
- net-telnet
- xmlrpc
以下 gems 将从默认变为内置
- rexml
- rss
以下标准库现变为默认 gem，并在 rubygems.org 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

参考 NEWS 或提交记录以获取更多信息。

伴随这些变更，4028 文件已更改，自 Ruby 2.7.0 以来新增 200058 行，删除 154063 行

Ruby 3.0 是一个里程碑，这门语言在保持兼容性的前提下进化了。但这不是终点，Ruby 会继续前进，未来变得更好。尽情期待！—— Matz

圣诞快乐，节日快乐，享受使用 Ruby 3.0 编程！

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Ruby 是什么

Ruby 是最初由 Matz（Yukihiro Matsumoto）于 1993 年开发，现在作为开源软件开发的语言。它可以在多个平台上运行，并在世界各地使用。尤其适合于网站的开发。

Ruby

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