設(shè)計(jì)一款編程語言有多難？

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最近，Ruby編程語言的創(chuàng)始人兼主設(shè)計(jì)師、云平臺即服務(wù)公司Heroku的Ruby首席架構(gòu)師松本行弘在一次演講中表示，由松本行弘領(lǐng)導(dǎo)的Ruby社區(qū)對該編程語言的發(fā)展進(jìn)行了深入思考。此次30分鐘的演講中還提到了該編程語言即將迎來激動人心的新發(fā)展。

松本表示：“在過去的四五年間，我一直在談?wù)揜uby 3的未來。也許很多人已經(jīng)厭倦了這種老生常談。但是今年Ruby 3真的要來了，今年12月25日圣誕節(jié)Ruby 3將正式發(fā)布?！痹谑フQ節(jié)當(dāng)天發(fā)布Ruby語言升級是該語言的一項(xiàng)傳統(tǒng)。

“如果一切順利的話，我們將于12月正式發(fā)布Ruby 3，除非出現(xiàn)非常糟糕的意外?！?/span>

設(shè)計(jì)師的困境

來自世界各地（從印度到印度尼西亞，從巴西到柏林）的數(shù)百名觀眾觀看了松本的直播，很多人發(fā)表了熱情洋溢的評論。他們聚集在一起觀看為Ruby的發(fā)展付出了25年心血的松本的演講。據(jù)說，Ruby 3本來計(jì)劃于東京奧運(yùn)會的前夕推出，但由于奧運(yùn)會被推遲到2021年，因此核心開發(fā)人員懷疑Ruby 3是否也應(yīng)該推遲一年。

“但是經(jīng)過一番討論，我們決定于今年發(fā)布Ruby 3，因?yàn)樽鳛殚_源社區(qū)，我們必須向前邁進(jìn)。我們必須不斷前進(jìn)，開源社區(qū)通常不能停止發(fā)展，否則，就會面臨死亡……”。

松本深刻地描述了所有語言設(shè)計(jì)師所面臨的困境?！懊總€人都喜歡新事物，因此，作為程序員和工程師，我也喜歡新事物。此外，我非常喜歡語言，所以我喜歡研究新的編程語言，比如Elixir、Rust、Go等。我為這些語言感到非常興奮。”然而，這也為Ruby語言的變革帶來了壓力。松本說：“Ruby有點(diǎn)年頭了，它于1995年發(fā)布。我們只是凡人。我們犯了一些錯誤。因此作為語言設(shè)計(jì)師，我們希望糾正過去的錯誤。”

但與此同時，“沒有人希望經(jīng)歷痛苦?！痹谒蠾eb應(yīng)用程序都在使用Ruby現(xiàn)有版本的情況下，強(qiáng)迫開發(fā)人員升級有點(diǎn)危險，“沒有人喜歡痛苦。從這個意義上講，Ruby應(yīng)該是穩(wěn)定的。這似乎有點(diǎn)矛盾吧？”

“因此，Ruby語言的設(shè)計(jì)以及語言的計(jì)劃很難克服這種矛盾。這種矛盾是我們發(fā)自內(nèi)心的?！?/span>

他講述了其他面臨類似困境的編程語言，包括Python、PHP和ECMAScript，并指出這些社區(qū)花費(fèi)了多年的心血才讓大家接受了這些變化。例如Python 3，社區(qū)花費(fèi)了十多年的時間，而PHP 6甚至被取消了。他們在發(fā)布之前放棄了重大更改，然后從PHP 5直接跳到了PHP 7。EMCAScript4也被取消了。

松本解釋說，如果不進(jìn)行更改，人們可能會離開社區(qū)?！八麄儠?yàn)闊o聊而停止使用Ruby?！钡瑫r他也擔(dān)心，如果升級到更高版本帶來的痛苦太多，那么他們可能也會離開社區(qū)，因?yàn)樗麄儠Q定“也許我們的下一個項(xiàng)目應(yīng)該采用Rust、Go或其他編程語言?！?/span>

“因此，設(shè)計(jì)一種語言很困難，但是無論如何我們都必須向前邁進(jìn)，以創(chuàng)造未來?！?/span>

讓Ruby重振光輝

在演講中，松本還概述了保持兼容性的計(jì)劃，同時“加快Rust的速度，提高Ruby程序員的效率。”他確定了三個明確而具體的目標(biāo)，這些目標(biāo)代表了即將發(fā)布的Ruby 3的特征：快速、并發(fā)與正確。

為了加快Ruby的速度，開發(fā)團(tuán)隊(duì)將著手改進(jìn)其JIT編譯器（用于生成原生代碼）。為了實(shí)現(xiàn)并發(fā)，他們沒有選擇其他語言的解決方案，而是打算嘗試自己的一種方法。Node.js添加了Promise來通知異步操作的完成，而ECSMAScript 7添加了帶有關(guān)鍵字async和await的控制機(jī)制，但Ruby 3將實(shí)現(xiàn)人們期待已久的異步i/o功能“fiber”，作為更好的控制異步線程的方法?！庇捎谠趂iber之間切換上下文很快，因此可以提高性能。“

他們認(rèn)為這種方法能夠提升性能的另一個原因是：它是由Ruby的falcon應(yīng)用服務(wù)器的創(chuàng)建者開發(fā)的，松本認(rèn)為這個項(xiàng)目非?？?。但這并不是他們提高性能的唯一方法。他們還實(shí)現(xiàn)了“Ractor”（即Ruby Actor），類似于JavaScript提供背后“Web worker”腳本的方式。每個Ractor都可以并行運(yùn)行，松本解釋說，這利用了現(xiàn)代多核系統(tǒng)中的并行處理。

Ruby的第三個目標(biāo)是正確性，這個目標(biāo)指的是提早檢查錯誤，主要由類型分析器負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)，它將生成Ruby簽名（松本將之類比為TypeScript中描述類型的d.ts文件）。Ruby 3將為其核心庫提供類型簽名，可用于類型檢查，還可以用于增強(qiáng)將來的IDE。

但是它也有其局限性。松本解釋道：“我們不追求類型系統(tǒng)的完整性和合理性，因?yàn)镽uby就是Ruby。Ruby基本上是動態(tài)類型的，這意味著，即使我們現(xiàn)在有了漸進(jìn)式類型系統(tǒng)，也無法進(jìn)行任何完全正確的類型檢查，所以只能放棄。我們不會在語法中添加類型聲明。”

三種新功能

Ruby 3的語法發(fā)生了一些變化。松本對三個新特性非常滿意，他表示：“Ruby會越來越好。首先是復(fù)雜的模式匹配語法，你不必解構(gòu)數(shù)組和哈希，因?yàn)榭梢跃帉懩Ｊ剑浅：啽??！?br data-darkmode-bgcolor-16004272789887="rgb(25, 25, 25)" data-darkmode-original-bgcolor-16004272789887="rgb(255, 255, 255)" style="max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important;">

第二個新功能可以給等號右側(cè)的變量賦值。他說，雖然從外觀來看，我們會覺得有點(diǎn)“不自然”，IDE也會有點(diǎn)不適應(yīng)，因?yàn)橐话惚磉_(dá)式都以變量開頭，即使將值分配給很長的一個代碼塊也是如此?！叭绻梢苑催^來，將賦值變成右值運(yùn)算，那么看起來會很自然，但我們并不建議在所有地方使用。你不必用右值賦值來替換每個賦值操作，但是在某些情況下，這非常方便?！?br data-darkmode-bgcolor-16004272789887="rgb(25, 25, 25)" data-darkmode-original-bgcolor-16004272789887="rgb(255, 255, 255)" style="max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important;">

Ruby 3中的第三個新功能是編號的塊參數(shù)，“你不必再給臨時的本地塊參數(shù)起名字?！?br data-darkmode-bgcolor-16004272789887="rgb(25, 25, 25)" data-darkmode-original-bgcolor-16004272789887="rgb(255, 255, 255)" style="max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important;">

松本表示：“穩(wěn)定性很重要”，所以他并沒有表示Ruby 3之后會有任何重大的語法變化。相反，他們將專注于改進(jìn)Ruby現(xiàn)有的支持工具，例如用于語言服務(wù)器協(xié)議的Solargraph，用于靜態(tài)類型檢查的Sorbet，以及幫助開發(fā)人員編寫出符合Ruby規(guī)范的代碼的Rubocop 。“這些工具證明，工具越好帶來的用戶體驗(yàn)就越好。因此，我們必須繼續(xù)努力。我認(rèn)為我們需要更多的工具，然后我們還需要改進(jìn)這些工具?！彼杀具€希望看到更好的類型檢查工具和格式化工具，或者更好的性能調(diào)整和調(diào)試工具。此外，對于如何加快Ruby的速度，松本還有一些其他想法，例如在位于虛擬機(jī)上方設(shè)置另一個輕量級JIT編譯器，比如MIR或DynASM。

更加輕量級的Ruby

最后，在有關(guān)Ruby 3的討論中，松本還提到了另一個想法：“雖然這只是一個瘋狂的主意，但我正在考慮建立一個更加輕量級的Ruby子集，這個子集不僅更簡單更嚴(yán)格，而且更快或更容易優(yōu)化。”

這個Ruby子集可以向下兼容，即可以在所有現(xiàn)有已有的Ruby版本中運(yùn)行（盡管并非所有版本的Ruby都可以在這個輕量級的Ruby中運(yùn)行）。在解釋其基本原理時，松本展示了一張幻燈片，上面寫著：“這款輕量級的Ruby運(yùn)行得更快?！彼硎荆骸斑@只是一個初步的想法。還不是十分明確。我們必須保持兼容性，但是如果我們止步于這個Ruby子集，那么可能會缺乏靈活性，但是應(yīng)該更容易優(yōu)化?！?

松本還表示：“我有很多瘋狂的想法，我們會逐個嘗試，讓Ruby變得越來越好?！?/span>

原文鏈接：

https://thenewstack.io/ruby-creator-yukihiro-matsumoto-on-the-challenges-of-updating-a-programming-language