Crystal Programming. Введение на основе проекта в создание эффективных, безопасных и читаемых веб-приложений и приложений CLI

Crystal недавно стал стабильным и готовым к выпуску версией 1.0.0 в марте 2021 года. По состоянию на апрель 2022 года последней версией является 1.4.1, которая содержит множество усовершенствований. Тем не менее, впереди еще много работы, и многие области языка будут улучшены в следующих выпусках. Все обсуждения разработки и дизайна происходят открыто в официальном репозитории GitHub, и существует множество возможностей для внесения вклада со стороны посторонних.

Сегодня Кристалл уже используется в производстве несколькими компаниями. Вы можете найти общедоступный список некоторых из них на Wiki Crystal здесь: https://github.com/crystal-lang/crystal/wiki/Used-in-production. Ожидается, что теперь, когда введена надлежащая политика, запрещающая вносить критические изменения, уровень внедрения будет еще выше. Исходный код, созданный сейчас, будет нормально компилироваться без изменений во всех будущих версиях 1.x.

Windows

Crystal поддерживает

Linux

macOS

FreeBSD

Windows

Crystal 1.0.0 был выпущен с очень ранней поддержкой для создания простых программ, скомпилированных в Windows, но это не значит, что вы уже можете использовать его для всего: для функций одновременного ввода-вывода (файлы, сокеты, консоль и т. д.), для например, до сих пор отсутствуют. К счастью, реализации каждого из этих примитивов вносятся сообществом и должны быть доступны в одной из следующих версий 1.x.

Вы можете проверить текущий прогресс в выпуске GitHub #5430. Если эта проблема уже закрыта, когда вы читаете эту книгу, значит, в текущей версии поддерживается Windows. Ура!

WebAssembly

WebAssembly — это новый стандарт для целей компиляции, популярность которого быстро растет, и не только в Интернете. Он предлагает портативность для работы где угодно со скоростью, близкой к исходной: веб-браузеры, облачные серверы, встроенные устройства, плагины, блокчейны и многое другое. Кроме того, он позволяет различным языкам взаимодействовать в удобном формате, а также является безопасным и проверяемым перед выполнением.

Продолжается работа по добавлению поддержки таргетинга в компилятор и стандартную библиотеку, что упростит написание программы Crystal, которая может работать где угодно и принимает WebAssembly. Версия Crystal 1.4.0 поставляется с первоначальной экспериментальной реализацией, в которой большая часть стандартной библиотеки уже работает.

Пожалуйста, обратитесь к выпуску #12002 для получения актуальной информации о ходе выполнения.

Многопоточность

Параллельное программирование — важная тема при изучении Crystal. Вы можете создавать легкие потоки (известные как волокна) с помощью метода spawn. По умолчанию Crystal распределяет работу между одним ядром CPU, используя асинхронный цикл событий. Это простой и очень эффективный подход, который избавляет программиста от необходимости иметь дело с синхронизацией потоков и гонками за данными. При выполнении операции ввода-вывода блокируется только текущее волокно; все остальные могут тем временем работать. В большинстве случаев масштабируемость может быть достигнута за счет запуска нескольких экземпляров Crystal для использования преимуществ нескольких ядер. Параллелизм будет обсуждаться более подробно в Главе 8 «Использование внешних библиотек».

Тем не менее, бывают случаи, когда настоящая многопоточность становится необходимостью. Например, при работе с интенсивной обработкой CPU одного наличия одновременных волокон недостаточно. Возможность одновременной параллельной работы нескольких волокон является обязательной. Для этого в Crystal есть экспериментальный флаг

-Dpreview_mt,

Этот режим является экспериментальным, и пока не все функции в нем хорошо работают. Особое внимание следует уделить синхронизации данных. Рекомендуемый и безопасный подход — использовать каналы для всей связи между волокнами и избегать совместного использования глобального состояния. Тем не менее, он работает и его можно использовать для тестирования. Несколько возможных изменений, которые он может иметь, прежде чем он будет признан готовым к производству, заключаются в следующем:

• Work stealing: когда одно ядро процессора простаивает из-за того, что у него нет волокна для запуска (возможно, все они ожидают какой-либо операции I/O), оно должно иметь возможность украсть возобновляемое волокно у другого ядра и продолжить работу с ним. Это предотвращает простаивание ядра процессора во время выполнения работы.

• Предварительное планирование: это гарантирует, что одно волокно не сможет использовать слишком много процессорного времени, прежде чем другое волокно сможет запуститься. Это достигается путем приостановки длительно работающих волокон и принудительного переключения контекста.

Структурированный параллелизм

Параллелизм — это процесс одновременного выполнения множества вычислений. В разных языках это понятие рассматривается по-разному. Например, в Erlang есть актеры, в JavaScript — промисы, в .NET — задачи, а в Go — горутины. Каждый из них предоставляет различную абстракцию того, как понимать и обрабатывать текущие задания, а также передавать данные между ними.

Crystal предоставляет некоторые примитивы низкоуровневого параллелизма с волокнами, каналами и оператором выбора. Они довольно мощные и позволяют программе обрабатывать параллелизм по своему усмотрению. Но в стандартной библиотеке по-прежнему отсутствует инструмент более высокого уровня для структурированного параллелизма, где время жизни и поток данных каждого задания четко определены и предсказуемы. Это сделает параллельное программирование менее подверженным ошибкам и облегчит его анализ. Подробнее об этом можно узнать, прочитав выпуск #6468.

Инкрементальная компиляция и улучшенный инструментарий

Crystal использует систему вывода типов, которая применяется ко всей программе одновременно для анализа и идентификации каждого типа выражения в программе. Это отличается от обычного вывода типа в других языках, поскольку оно работает за пределами границ метода, и типы аргументов не требуют явного типизации. Однако это имеет свою цену. Анализ всей программы на предмет типов требует, ну, всей программы сразу. Любое изменение любой строки в любом файле приводит к повторению всего анализа с самого начала.

Компиляция и анализ программ Crystal происходит немного медленнее, чем на других языках, но это плата за отличную производительность и потрясающий синтаксис, семантику и выразительность.

Существуют расширения для многих редакторов кода и IDE, поддерживающих Crystal, но они в основном основаны на самом компиляторе и, следовательно, не предлагают поэтапный анализ программы, и разработчику часто приходится ждать несколько секунд, прежде чем получить отзыв, например тип информация о наведении или смысловых ошибках. Скорее всего, он будет разработан как собственный языковой сервер.

Использование встроенных отладчиков работает, но они пока не обеспечивают полной поддержки Crystal для проверки любых переменных во время выполнения или оценки выражений.

В прошлом проводилась работа по улучшению времени компиляции, например кэширование промежуточных результатов или некоторые семантические изменения в самом языке. Но переосмысление средства проверки типов для постепенной работы потребует много усилий и времени. Понятно, что главным достоинством Crystal является его выразительность и тот факт, что им приятно пользоваться; любое внесенное изменение должно будет сохранить это. Тем не менее, петля обратной связи в настоящее время является болевой точкой, и со временем появятся улучшения, чтобы решить эту проблему. Если вы хотите узнать больше об этой задаче, посмотрите выпуск #10568. Есть также много других вопросов, касающихся различных аспектов поддержки инструментов.

Как связаться с сообществом

Перечисленные ранее темы и многие другие являются предметом ежедневного обсуждения сообществом, местом для понимания вариантов использования, споров о различных подходах к реализации и организации усилий по сотрудничеству. Присоединиться может любой желающий.

Основным каналом является форум https://forum.crystal-lang.org/. Там может происходить любое обсуждение: от гипотетических функций до обращения за помощью и проверки кода, от поиска вакансий Crystal до обмена созданными вами проектами.

Если вы ищете другие способы взаимодействия, загляните на https://crystal-lang.org/community; он объединяет ссылки с разных платформ.

Наконец, есть репозиторий GitHub, где происходит сотрудничество в разработке языка, по адресу https://github.com/crystal-lang/crystal. Это то место, куда вам следует обратиться, если вы хотите внести свой вклад в стандартную библиотеку или сам компилятор с помощью кода, улучшений документации или проблем.

Куда бы вы ни пошли, вы найдете там страстное сообщество, которое поможет, поделится опытом и поработает вместе.