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§7 并发

模型:无色——没有 async/await 关键字,所有代码一种颜色;可挂起点由编译器与运行时识别。

7.1 任务与调度

  • spawn 启动轻量任务(有栈协程);调度 = work-stealing;栈 = 可增长连续栈(拷贝式),上限默认 1MB(可配),触顶 = 任务边界 panic;bare 档静态栈 + guard page(溢出 = trap)。
  • 调度器不保证公平性/实时性;硬实时走 bare 档(§9.3)。

7.2 结构化并发

let total = scope { |s|
    let t = s.spawn(|| compute())
    t.join()                    // join() -> T;任务 panic 则重抛
}
  • scope 是表达式;作用域退出必然 join 全部子任务(成功取值/失败传播)。
  • 取消是一等公民:子任务失败 → 取消兄弟任务 → 错误沿作用域树向上传播;取消通过任务级取消令牌实现,阻塞点(通道/锁/睡眠)响应取消。
  • 向已取消作用域的通道操作返回 Err(ScopeCancelled)——不 panic、不静默。
  • join() -> T:panic 重抛语义;join_or() -> Result[T, TaskPanic] 用于显式处理。

7.3 通道与共享原语(前奏)

let (tx, rx) = Channel[T](cap)     // 有界;send/recv -> Result(背压/取消显式)
let m = Mutex[T](value)            // m.with_mut(|var x| ... ) 独占访问,返回闭包值;m.with(|x| ...) 只读
Atomic[I32]                        // 原子整数族(fetch_add 等,stdlib)
  • 通道有界默认(容量必填)——背压显式(P5)。
  • Mutex.with 保证临界区无遗漏解锁(闭包作用域)。

7.4 Send(数据竞争消除的核心机制)

定义(编译器自动推导,用户不可手工实现):

类型 Send 当且仅当
标量/值类型 struct/enum/tuple/T[N] 全部字段/元素 Send
class 全部字段为 let 且各字段类型 Send(深度不可变)
闭包 spawn 处按字面捕获逐个检查(E3010);经 channel/静态存储 = 非 Send(捕获不可知)
fn(...) 函数类型的值 同闭包:字面处可判,经 channel/静态存储 = 非 Send
&T[] 只读切片 / Str 元素类型 Send
T[] 可变切片 恒非 Send
&Trait v0.3 恒非 Send(保守裁决:具体类型已擦除,静态不可判;动态 Send 位预留 v2)
Mutex[T] Atomic[T] Global[T] 恒 Send(T 任意)
含任一 var 字段的类 非 Send

强制检查点(三处,编译期硬检查):

  1. spawn 闭包捕获的每个值必须 Send → 违规 E3010;
  2. Channel[T]/Sender[T]/Receiver[T] 的 T 必须 Send → 违规 E3020;
  3. 非 Send 类型不可作为全局/静态存储 → 违规 E3031。

由此得到的保证(无 #[trusted] 介入):任何被两个任务同时触达的数据要么深度不可变、要么在锁内——非 Send 实例的全部引用天然被困于单一任务(无法越界),任务内自由可变无竞争。数据竞争在编译期消除,且无生命周期标注。

与既有语言的关系:同 Rust 的 Send 目标、无生命周期参与、错误机械可修("字段 x 为 var → 加 Mutex 或改 let");同 Swift Sendable 的形态但硬检查(无 ObjC 互操作包袱)。

7.5 可变访问的任务局部性

  • var self/var 字段的可变使用要求路径独占:由于非 Send 类型不能跨任务,任务内引用即独占(§7.4 保证);可变使用跨任务唯一通道是 Mutex.with。
  • 通过 let 绑定的可变字段访问 = 编译错误(可变路径必须根为 var)。

7.6 全局状态

  • static let NAME: T = 常量/纯惰性值:合法;初始化为 comptime 常量,或首次访问的 #[pure] 惰性求值(线程安全 once;full/web 档允许其中的纯分配,§6.5)。bare 档仅允许 comptime 常量。
  • static var 不存在(E3030);可变全局唯一路径:Global[T] 显式注册(内部 Mutex),并在 manifest 能力审计中可见(§8.2)。

7.7 数据并行(独立建模)

  • parallel.map / reduce / fold(stdlib,iter 模块):fork-join + work-stealing,与 I/O 任务互不混用(Rayon 证据);闭包经推断纯度判定(不捕获 &Cap 能力、不 spawn、不触全局可变——机制同 §8.3,无需注解语法)且捕获 Send;数据入参为 &T[] 只读视图(§3.1)。
  • 自动 SIMD 向量化与分块;确定性模式(§10.4)下分块顺序固定。

7.8 web 档差异(规范性)

  • 默认单线程事件循环:JS 回调不构建并行竞争——Send 检查按"编译期可判定的近似"执行(共享放开、阻塞禁用);启用 wasm threads 后恢复全量检查。
  • JSPI/栈切换承载任务挂起;语义与 full 档一致(§9.2)。

7.9 与测试集的对应

tests/06_concurrency.ct(Send 正例/通道/Mutex)、tests/06_spawn_nonsend.neg.ct(E3010)、tests/06_channel_nonsend.neg.ct(E3020)、tests/06_static_var.neg.ct(E3030)。

7.10 异步执行模型(服务器档,规范性,v0.8)

  • 门面 IO(§11.2)恒为阻塞语义;实际承载两形态:P1 阻塞运行时(1:1 线程)与 P2 协程运行时(N:M,§7.1 有栈协程)。同形异构契约:同一源码零改动,两运行时可观察语义一致;以机械不变式测试钉死(每波出口必跑)。
  • 挂起点契约:网络门面调用、sleep、通道操作是仅有的可挂起点;编译器与运行时识别,用户代码无感知、无标注(§9.5"API 无色"的语义落点)。
  • 过渡口径注记:§7.1"可增长连续栈 + work-stealing"调度面已于 2026-10-02 落码(每 worker 环形双端本地队+邻位轮转偷取;种子模式全量旁路保确定性);栈面于 2026-10-03 落码(发射器 morestack 序言机器:A′ 分段+调用窗回收+再入续跑,CTRON_MORESTACK 发射期门选通;缺省路径 = 1MB VA 上限+guard+触顶 panic 的字面终形,上限可配)。两面的可观测语义与过渡前逐字节一致(同形契约机械测试站岗);C100K/C10M 口径以实测为准。
  • 取消:网络操作在挂起点响应 §7.2 取消令牌,返回 Err(NetErr::Cancelled);阻塞运行时口径 = join 等效。
  • FFI 纪律:extern "c" 回调内禁止触达网络门面/通道/睡眠(协程栈不可重入);违者调试断言 + 未定义行为声明。