Как Ruby обрабатывает параллелизм? Что такое Threads, Fibers и GIL?

GVL / GIL — Global VM Lock

В MRI (CRuby) существует Global VM Lock (раньше называли GIL). Это мьютекс, который гарантирует, что только один поток Ruby выполняет VM-инструкции в любой момент времени. GVL защищает внутренние структуры данных интерпретатора от гонок.

Следствия:

• CPU-bound задачи не ускоряются от многопоточности в MRI — потоки не выполняются параллельно.
• I/O-bound задачи (HTTP, файлы, БД) ускоряются — при ожидании I/O GVL временно освобождается, другой поток получает управление.
• JRuby и TruffleRuby не имеют GVL — там Thread даёт настоящий параллелизм.

Thread

# Параллельные HTTP-запросы (I/O-bound — GVL снимается)
require 'net/http'
require 'uri'

urls = [
  "https://httpbin.org/delay/1",
  "https://httpbin.org/delay/1",
  "https://httpbin.org/delay/1"
]

start = Time.now
threads = urls.map do |url|
  Thread.new do
    uri = URI.parse(url)
    Net::HTTP.get_response(uri)
  end
end
results = threads.map(&:value)  # value ждёт завершения и возвращает результат
puts "#{results.size} requests in #{Time.now - start:.2f}s"  # ~1s вместо ~3s

Thread-безопасность

# Гонка данных (unsafe)
counter = 0
threads = 100.times.map { Thread.new { counter += 1 } }
threads.each(&:join)
puts counter  # может быть не 100!

# Безопасно через Mutex
counter = 0
mutex = Mutex.new
threads = 100.times.map do
  Thread.new { mutex.synchronize { counter += 1 } }
end
threads.each(&:join)
puts counter  # => 100

Fiber — кооперативные корутины

Fiber — лёгкая корутина, переключается вручную через Fiber.yield/resume. Не создаёт поток ОС.

# Генератор с Fiber
fib = Fiber.new do
  a, b = 0, 1
  loop do
    Fiber.yield a
    a, b = b, a + b
  end
end

10.times { print "#{fib.resume} " }
# => 0 1 1 2 3 5 8 13 21 34

Fiber::Scheduler (Ruby 3.0+) — неблокирующий I/O

Хук Fiber::Scheduler позволяет реализовать event loop: обычный код с sleep, read, write автоматически становится неблокирующим внутри Fiber:

require 'async'  # гем: gem 'async'

Async do
  task1 = Async { sleep 1; "task1" }
  task2 = Async { sleep 1; "task2" }
  puts [task1.wait, task2.wait].inspect
  # Выполняется за ~1s, не за ~2s
end

Ractor (Ruby 3) — настоящий параллелизм

# Параллельные вычисления без GVL
ractors = 4.times.map do |i|
  Ractor.new(i) { |id| id * id }
end
results = ractors.map(&:take)  # => [0, 1, 4, 9]

Сравнение примитивов

• Thread: вытесняющий, OS-поток, GVL у MRI. I/O-bound задачи, фоновые операции.
• Fiber: кооперативный, зелёный поток, явное переключение. Генераторы, event loop, async I/O.
• Ractor: OS-поток, без GVL, изолированная память. CPU-bound параллелизм.

Подводные камни

• Uncaught exception в Thread молча убивает поток (по умолчанию). Устанавливайте Thread.abort_on_exception = true или вызывайте thread.join/thread.value для получения исключения.
• Мьютекс нельзя захватить дважды из одного потока (Mutex#synchronize не реентерабельный) — дедлок.
• Thread-local переменные (Thread.current[:key]) не видны в дочерних потоках — легко пропустить.
• Fiber не может быть возобновлён из другого потока (до Ruby 3 с Fiber::Scheduler) — не пытайтесь шарить Fiber между потоками.
• GVL освобождается при нативных I/O-вызовах, но некоторые C-расширения держат его дольше — профилируйте с GVL Profiler или ruby-gvl-profiler.
• В Puma (многопоточный сервер) один запрос = один Thread; в Falcon — один Fiber. Понимайте модель конкурентности своего сервера.
• ActiveRecord не безопасен для использования одного Connection из нескольких потоков — connection pool и with_connection обязательны.
• Дедлоки между мьютексами труднее диагностировать в Ruby, чем в Go — используйте Thread.list.each(&:backtrace) для анализа зависших потоков.

• Сводить threads fibers gvl к названию метода без lifecycle и failure path.
• Игнорировать модель runtime: объектная динамическая модель Ruby, где почти всё является объектом, а методы ищутся через ancestor chain.
• Не отделять validation, authorization, transaction boundary и business logic.

• Объясняет threads fibers gvl через конкретную точку lifecycle в Ruby.
• Приводит корректный минимальный пример без вымышленных методов или callbacks.
• Называет edge cases: пустые значения, ошибки, транзакции, безопасность или concurrency.