Акторы на C++: стоило ли оно того?

C++ Russia 2018
Акторы для C++:
стоило ли оно того?
Евгений Охотников

Коротко о себе
Начал программировать в 1990-ом.
В обнимку c C++ c 1992-го.
Был разработчиком, руководителем отдела, руководителем
управления, совладельцем софтверной компании.
Насмотрелся на C++, его плюсы и минусы с разных сторон.
С 2002-го года отвечаю за разработку SObjectizer.
2

SObjectizer
Инструмент для упрощения разработки многопоточных и/или
событийно-ориентированных приложений на C++.
Комбинирует идеи из Actor Model, Publish-Subscribe и CSP.
Живет на SourceForge + зеркало на github.
Рассказ о SObjectizer был на C++Russia 2017:
● слайды;
● видео.
3

Давным-давно, в далекой-далекой...
SObjectizer имеет длительную историю, но мы начнем лишь с 2002-
го года.
2002: начало разработки и эксплуатации SObjectizer-4.
С++98. Но с оглядкой на VC++ 6.0 и старые версии GCC.
2010: начало разработки SObjectizer-5.
Сразу на C++0x. Без нормальной его поддержки в компиляторах.
4

Бочка дегтя...
Что в С++ мешает разработке
акторного фреймворка?
5

Да кому C++ вообще нужен?
Огромная конкуренция со стороны других языков
программирования.
Java, C#, Scala, Python, Erlang, Go, Kotlin, Rust...
Объективно, C++ ‒ это нишевый язык. Для большого количества
задач есть лучшие альтернативы.
Классический вопрос:
А зачем нужен ваш SObjectizer, если есть Erlang, Akka и Go?
6

C++ везде очень разный
В разработке десктоп-приложений C++ свой.
В разработке hard real-time С++ свой.
В разработке high performance computing С++ свой.
В разработке embedded systems С++ свой.
Яркий пример: отношение к использованию исключений.
7

Управление зависимостями ‒ боль
В нормальных языках есть Maven, Cargo, Cabal, RubyGems, ...
В С++: buckaroo, build2, cget, conan, conda, cpm, cppan, hunter, vcpkg, ...
Только де-факто стандарта нет :(
Де-факто есть CMake* + целый зоопарк: bazel, build2, buckaroo,
meson, scons, waf. Ну и старый добрый make.
Написать что-то свое иногда проще, чем подключить чужое :(
8
* Отличный пример Worse Is Better :(

Есть C++ в стандарте, а есть C++...
...в вашем компиляторе.
Иногда это сильно разные C++.
Особенно в прошлом.
Не все имеют возможность сидеть на самых новых компиляторах.
Боль для разработчиков библиотек. Как пример: использование
подмножества C++11 через несколько лет после выхода C++14.
9

Компилятор влияет на дизайн (1-1)
Variadic templates из C++11
API когда поддержки variadic templates нет:
struct my_message : public so_5::message_t {
...
my_message(int a, int b, int c) : ... {}
};
const so_5::mbox_t & target = ...;
unique_ptr<my_message> msg(new my_message(1, 2, 3));
target->deliver_message(std::move(msg));
10

Компилятор влияет на дизайн (1-2)
Variadic templates из C++11
API когда поддержка variadic templates есть:
struct my_message : public so_5::message_t {
...
my_message(int a, int b, int c) : ... {}
};
const so_5::mbox_t & target = ...;
so_5::sent<my_message>(target, 1, 2, 3);
11

Компилятор влияет на дизайн (2)
noexcept из C++11
constexpr из C++11/14
Перегрузка методов для & и && (актуально для builder pattern).
До сих пор забываю использовать вышеперечисленное.
Приходится обкладываться макросами для VC++12.0.
12

Нет compile-time рефлексии (1)
hello_world из SObjectizer-4. Чисто C++ная часть.
13
class a_hello_t : public so_4::rt::agent_t
{
public :
a_hello_t() : so_4::rt::agent_t("a_hello") {}
virtual const char * so_query_type() const;
virtual void so_on_subscription() {
so_subscribe( "evt_start",
so_4::rt::sobjectizer_agent_name(), "msg_start" );
so_subscribe( "evt_hello", "msg_hello" );
}
struct msg_hello {};
void evt_start() {
so_4::api::send_msg(so_query_name(), "msg_hello", 0);
}
void evt_hello() {
std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
so_4::api::send_msg(
so_4::rt::sobjectizer_agent_name(),
"msg_normal_shutdown", 0 );
}
};

Нет compile-time рефлексии (2)
Метаописание для SObjectizer-а.
14
// Описание класса агента для SObjectizer-а.
SOL4_CLASS_START( a_hello_t )
// Описание сообщений.
SOL4_MSG_START( msg_hello, a_hello_t::msg_hello )
SOL4_MSG_FINISH()
// Описание событий.
SOL4_EVENT( evt_start )
SOL4_EVENT( evt_hello )
// Описание единственного состояния.
SOL4_STATE_START( st_initial )
SOL4_STATE_EVENT( evt_start )
SOL4_STATE_EVENT( evt_hello )
SOL4_STATE_FINISH()
SOL4_CLASS_FINISH()

Скудная стандартная библиотека
Раньше даже hash-tables нужно было искать на стороне.
В C++11/14/17 уже сильно получше. Но до JDK далеко :(
Многое до сих пор нужно искать на стороне.
Очень уж разные вкусы у C++ников: Boost, ACE, libev, libuv и т.д.
Чтобы ты не выбрал, будет много тех, кому твой выбор не нравится.
15

С++ ‒ это язык без Garbage Collector-а
Странная претензия для C++, но...
...при разработке многопоточного кода GC очень сильно облегчает
жизнь.
Ну очень сильно.
16

Продолжаем набрасывать...
Особенности с непонятным
знаком...
17

Fail-fast в C++ ‒ это совсем не то...
...что в Erlang-е или даже в Go.
Деление на ноль.
Не обработанное на верхнем уровне исключение.
Представьте, что это делает нить в многопоточном C++
приложении.
18

Многословность C++
Scala:
class Point(var x: Int, var y: Int) {
...
}
C++:
class point {
int x_, y_;
public:
point(int x, int y) : x_{x}, y_{y} {}
...
};
19

Пример: конкурентный HelloWorld на Go
20

Пример: конкурентный HelloWorld на Go
func main() {
sayHello := make(chan string)
sayWorld := make(chan string)
quitter := make(chan string)
go func() {
for i := 0; i < 1000; i++ {
fmt.Print("Hello ")
sayWorld <- "Do it"
<-sayHello
}
sayWorld <- "Quit"
}()
go func() {
for {
var reply string
reply = <-sayWorld
if (reply == "Quit") {
break
}
fmt.Print("World!n")
sayHello <- "Do it"
}
quitter <- "Done"
}()
<-quitter
}
21

Пример: конкурентный HelloWorld на SO-5
22

Пример: конкурентный HelloWorld на SO-5
23
int main() {
wrapped_env_t sobj;
auto say_hello = create_mchain( sobj );
auto say_world = create_mchain( sobj );
thread hello{ [&] {
string reply;
for( int i = 0; i != 1000; ++i ) {
cout << "Hello ";
say_world << "Do it"s;
say_hello >> reply;
}
say_world << "Quit"s;
} };
thread world{ [&] {
for(;;) {
string reply;
say_world >> reply;
if( "Quit" == reply )
break;
cout << "World" << endl;
say_hello << "Do it"s;
}
} };
auto_join(hello, world);
}

24
func main() {
go func() {
for i := 0; i < 1000; i++ {
fmt.Print("Hello ")
sayWorld <- "Do it"
<-sayHello
}
sayWorld <- "Quit"
}()
go func() {
for {
var reply string
reply = <-sayWorld
break
}
sayHello <- "Do it"
}
quitter <- "Done"
}()
<-quitter
}
int main() {
wrapped_env_t sobj;
thread hello{ [&] {
string reply;
for( int i = 0; i != 1000; ++i ) {
cout << "Hello ";
say_hello >> reply;
}
} };
thread world{ [&] {
for(;;) {
string reply;
say_world >> reply;
break;
}
} };
}

25
func main() {
go func() {
for i := 0; i < 1000; i++ {
fmt.Print("Hello ")
sayWorld <- "Do it"
<-sayHello
}
sayWorld <- "Quit"
}()
go func() {
for {
var reply string
reply = <-sayWorld
break
}
sayHello <- "Do it"
}
quitter <- "Done"
}()
<-quitter
}
int main() {
wrapped_env_t sobj;
thread hello{ [&] {
string reply;
for( int i = 0; i != 1000; ++i ) {
cout << "Hello ";
say_hello >> reply;
}
} };
thread world{ [&] {
for(;;) {
string reply;
say_world >> reply;
break;
}
} };
}
#include <iostream>
#include <thread>
#include <so_5/all.hpp>
using namespace std;
using namespace std::literals;
using namespace so_5;
template< typename T >
void operator<<( mchain_t & to, T && o ) {
send< T >( to, forward<T>(o) );
}
template< typename T >
void operator>>( mchain_t & from, T & o ) {
receive( from, infinite_wait, [&o]( const T & msg ) { o = msg; } );
}

Макросы и препроцессор
Мало кто любит. Ждут C++ без макросов. Когда-то в светлом
будущем...
Но сейчас более чем востребованы:
● несовместимости между компиляторами;
● системно-зависимые вещи;
● отладочно-трассировочный код;
● средство борьбы с boilerplate code;
● особенности поведения компиляторов с -Wall, -Weverything...
26

Макросы, препроцессор и -Weverything
// Воспользуемся __has_cpp_attribute, если доступен.
#if defined(__has_cpp_attribute)
// clang-4 и clang-5 ругаются при попытках использовать
// [[nodiscard]] совместно с -std=c++11 и -std=c++14
#if __has_cpp_attribute(nodiscard) &&
!(defined(SO_5_CLANG) && __cplusplus < 201703L)
#define SO_5_NODISCARD [[nodiscard]]
#endif
#endif
// Уточняем что получилось с nodiscard.
#if !defined( SO_5_NODISCARD )
#define SO_5_NODISCARD
#endif
27

Ложка мёда ;)
Чем C++ хорош?
28

Поговорим далеко не обо всем...
В обзор не вошли очень важные особенности С++:
● унифицированная система типов;
● конструкторы-деструкторы, RAII;
● пространства имен;
● const-методы (в том числе const-методы + mutable);
● лямбды;
● ...
29

Скорость исполнения
C++ в числе безусловных лидеров по скорости работы кода.
Огромное количество ресурсов уже вложено в оптимизирующие
компиляторы.
Добавление дополнительных уровней абстракции в C++ может
обходиться дешевле, чем в других языках программирования.
30

Поддержка ООП
31
Это сейчас ООП модно ругать и еще более модно от него
отказываться.
Но ООП отлично работало и 30-ть, и 20-ть лет назад.
И сейчас оно хорошо работает. Просто реже нужно.
В C++ очень хорошая поддержка ООП.
Лучше только в Eiffel, но в Eiffel есть GC и куча других проблем.

typedef/using (1)
32
Просто маленький бриллиант в короне C++...

typedef/using (2)
33
Отличный способ сократить количество писанины.
template<typename Work_Thread> using dispatcher_template_t =
so_5::disp::thread_pool::common_implementation::dispatcher_t<
Work_Thread,
dispatcher_queue_t,
agent_queue_t,
params_t,
adaptation_t>;
using timer_manager_factory_t = std::function<
timer_manager_unique_ptr_t(
error_logger_shptr_t,
outliving_reference_t<timer_manager_t::elapsed_timers_collector_t>)>;
Очень сильно не хватает в Java и том же Eiffel.

typedef/using (3)
34
Один из лучших друзей кода с длинной историей.
namespace rt
{
/*!
* deprecated Obsolete in v.5.5.1. Use so_5::intrusive_ptr_t instead.
*/
template< class T > using smart_atomic_reference_t = intrusive_ptr_t< T >;
/*!
* since v.5.5.9
*
* brief A typedef for compatibility with previous versions.
* deprecated Will be removed in v.5.6.0.
*/
using agent_coop_t = so_5::coop_t;
}

typedef/using (4)
35
Удобный способ "спрятать" детали реализации.
using private_dispatcher_handle_t = so_5::intrusive_ptr_t< private_dispatcher_t >;
using demands_counter_t = std::atomic< std::size_t >;

Перегрузка (1)
36
Упрощаем жизнь пользователям по мере накопления опыта.
Было:
const so_5::agent_t & target = ...;
so_5::send<Msg>(target.so_direct_mbox(), ...);
so_5::send_delayed<Msg>(target.so_environment(), target.so_direct_mbox(), 100ms, ...);

Перегрузка (2)
37
Стало:
const so_5::agent_t & target = ...;
so_5::send<Msg>(target, ...);
so_5::send_delayed<Msg>(target, 100ms, ...);
Старый код продолжает работать.

Аргументы по умолчанию (1)
38
Расширяем функциональность при сохранении совместимости.
Было:
template<typename Lambda>
subscription_bind_t& event(Lambda && handler) {...}
...
so_subscribe(mbox)
.event([this](mhood_t<Msg> cmd){...});

Аргументы по умолчанию (2)
39
Стало:
template<typename Lambda>
subscription_bind_t& event(Lambda && handler,
thread_safety_t thread_safety = thread_safety_t::unsafe) {...}
...
so_subscribe(mbox)
.event([this](mhood_t<Msg> cmd){...})
.event([this](mhood_t<Another_Msg> cmd){...}, so_5::thread_safe);

Исключения (1)
40
Спорам "использовать или не использовать" несть числа.
Отдельное спасибо Google за его C++ Style Guide:
● все знают про Google C++ Style Guide и запрет исключений в нем;
● мало кто сумел дочитать этот гайдлайн до:
"On their face, the benefits of using exceptions outweigh the costs, especially in new projects.
However, for existing code, the introduction of exceptions has implications on all dependent
code. If exceptions can be propagated beyond a new project, it also becomes problematic to
integrate the new project into existing exception-free code. Because most existing C++ code at
Google is not prepared to deal with exceptions, it is comparatively difficult to adopt new code
that generates exceptions."

41
Кто действительно любит писать код в таком стиле?
auto msg = allocate_message<my_message>();
if(!msg)
return msg.error();
auto init_result = msg->init(1, 2, 3);
if(init_result)
return init_result;
auto send_result = target->deliver_message(std::move(*msg));
if(send_result)
return send_result;

42
Мы предпочитаем писать так:
target->deliver_message(std::make_unique<my_message>(1, 2, 3));
И исключения позволяют нам так делать не теряя в надежности.
А если называть вещи своими именами, то существенно
выигрывая в надежности.

Шаблоны. Обычные и Variadic
43
Очень и очень упрощают жизнь в C++.
Активно используются в SObjectizer (для версии 5.5.22):
http://cloc.sourceforge.net v 1.64 T=1.76 s (111.4 files/s, 35211.6 lines/s)
-------------------------------------------------------------------------------
Language files blank comment code
-------------------------------------------------------------------------------
C/C++ Header 133 6167 21581 20290
C++ 61 2634 2869 10675
CMake 2 29 0 183
Ruby 4 56 2 135

Шаблоны. Обычные
44
Фрагмент реализации диспетчеров (С++11):
template<typename Demand_Queue, template<class> class Work_Thread >
class work_thread_template_t : public Work_Thread< Demand_Queue >
{
auto pop_demand() -> decltype(std::declval<Demand_Queue>().pop()) {...}
...
};
...
template< typename Demand_Queue >
using work_thread_no_activity_tracking_t =
work_thread_template_t<Demand_Queue, work_thread_details::no_activity_tracking_impl_t >;
template< typename Demand_Queue >
using work_thread_with_activity_tracking_t =
work_thread_template_t<Demand_Queue, work_thread_details::with_activity_tracking_impl_t >;

Шаблоны. Variadic
45
Не самая простая, но удобная шаблонная функция:
template< typename Timeout, typename... Handlers >
inline mchain_receive_result_t receive(
const so_5::mchain_t & chain,
Timeout waiting_timeout,
Handlers &&... handlers ) {...}
Позволяет писать почти как в Go:
receive(channel, so_5::infinite_wait,
[&](mhood_t<new_request> cmd) {...},
[&](mhood_t<check_status> cmd) {...},
[&](mhood_t<cancel_request> cmd) {...},
[&](mhood_t<reconfigure> cmd) {...});

Пора переходить к итогам
Был ли смысл в создании
акторного фреймворка для C++?
46

Да!
47
Модель Акторов ‒ это один из способов упростить разработку.
Как и Publish-Subscribe. Как и CSP.
Использование голых нитей и mutex-ов в C++ ‒ это пот, боль и
кровь.
Чем более высокоуровневый инструмент в руках у разработчика,
тем проще, быстрее и надежнее.
Не забываем про скорость работы C++ кода.

И еще об итогах...
Легко ли "продать" акторный
фреймворк для C++?
48

Нет!
49
Ниша C++ сама по себе сжимается со временем.
Большое количество удобных альтернатив (Erlang, Akka, Go).
Особенно для задач, где Actor Model, Pub/Sub и CSP востребованны.
С++ в разных предметных областях очень разный. Невозможно
создать инструмент, который был бы одинаково удобен в embbeded,
HPC и desktop.
NIH-синдром и C++-сообщество. Зачастую это объективно, см.
предыдущий пункт.

Спасибо за терпение!
Вопросы?
50

SObjectizer: https://sourceforge.net/p/sobjectizer или
https://github.com/eao197/so-5-5
Документация по SObjectizer: https://sourceforge.net/p/sobjectizer/wiki/Home/
Статьи о SObjectizer на русском: https://habrahabr.ru/users/eao197/posts
Серия презентаций о SObjectizer на английском "Dive into SObjectizer-5.5":
Intro, Agent's States, More About Coops, Exceptions, Timers, Synchonous
Interaction, Message Limits, Dispatchers, Message Chains, Mutable Messages.
Если вам нужна помощь по SObjectizer: https://stiffstream.com
51

Акторы на C++: стоило ли оно того?

More Related Content

What's hot (20)

Similar to Акторы на C++: стоило ли оно того? (20)

More from Yauheni Akhotnikau (20)

Акторы на C++: стоило ли оно того?