Ruby 多线程的潜力和弱点分析

Web 应用大多是 IO 密集型的，利用 Ruby 多进程+多线程模型将能大幅提升系统吞吐量。其原因在于：当Ruby 某个线程处于 IO Block 状态时，其它的线程还可以继续执行。但由于存在 Ruby GIL (Global Interpreter Lock)，MRI Ruby 并不能真正利用多线程进行并行计算。JRuby 去除了 GIL，是真正意义的多线程，既能应付 IO Block，也能充分利用多核 CPU 加快整体运算速度。

上面说得比较抽象，下面就用例子一一加以说明。

Ruby 多线程和 IO Block

先看下面一段代码（演示目的，没有实际用途）：
代码如下:
# File: block_io1.rb

def func1
  puts "sleep 3 seconds in func1/n"
  sleep(3)
end

def func2
  puts "sleep 2 seconds in func2/n"
  sleep(2)
end

def func3
  puts "sleep 5 seconds in func3/n"
  sleep(5)
end

func1
func2
func3

代码很简单，3 个方法，用 sleep 模拟耗时的 IO 操作。 运行代码（环境 MRI Ruby 1.9.3） 结果是：
代码如下:
$ time ruby block_io1.rb
sleep 3 seconds in func1
sleep 2 seconds in func2
sleep 5 seconds in func3

real  0m11.681s
user  0m3.086s
sys 0m0.152s

比较慢，时间都耗在 sleep 上了，总共花了 10 多秒。

采用多线程的方式，改写如下：
代码如下:
# File: block_io2.rb

def func1
  puts "sleep 3 seconds in func1/n"
  sleep(3)
end

def func2
  puts "sleep 2 seconds in func2/n"
  sleep(2)
end

def func3
  puts "sleep 5 seconds in func3/n"
  sleep(5)
end

threads = []
threads << Thread.new { func1 }
threads << Thread.new { func2 }
threads << Thread.new { func3 }

threads.each { |t| t.join }

运行的结果是：
代码如下:
$ time ruby block_io2.rb
sleep 3 seconds in func1
sleep 2 seconds in func2
sleep 5 seconds in func3

real  0m6.543s
user  0m3.169s
sys 0m0.147s

总共花了 6 秒多，明显快了许多，只比最长的 sleep 5 秒多了一点。

上面的例子说明，Ruby 的多线程能够应付 IO Block，当某个线程处于 IO Block 状态时，其它的线程还可以继续执行，从而使整体处理时间大幅缩短。

Ruby GIL 的影响

还是先看一段代码（演示目的）：

代码如下:
# File: gil1.rb

require 'securerandom'
require 'zlib'

data = SecureRandom.hex(4096000)

16.times { Zlib::Deflate.deflate(data) }

代码先随机生成一些数据，然后对其进行压缩，压缩是非常耗 CPU 的，在我机器(双核 CPU, MRI Ruby 1.9.3)运行结果如下：
代码如下:
$ time ruby gil1.rb

real  0m8.572s