Haskell 中惰性和并行性如何共存？

Question

人们认为 Haskell 在并行性方面具有优势，因为它具有不可变的数据结构。但是 Haskell 也很懒惰。这意味着数据实际上可以从 thunk 转变为评估结果。

所以看起来懒惰会损害不变性的优势。我错了还是 Haskell 有针对这个问题的对策？或者这是 Haskell 自己的特性？

Answer 1

是的，GHC 的 RTS 使用 thunk 来实现非严格评估，并且它们在后台使用了变异，因此它们需要一些同步。然而，由于大多数堆对象是不可变的并且函数是引用透明的，因此这被简化了。

在多线程程序中，thunk 的求值过程如下：

• thunk 被原子地^†替换为BLACKHOLE 对象

• 如果 same 线程在更新为 BLACKHOLE 后尝试强制 thunk，则表示无限循环，RTS 会抛出异常 (<<loop>>)

• 如果 不同 线程尝试在它是 BLACKHOLE 时强制 thunk，它会阻塞，直到原始线程完成对 thunk 的评估并使用值更新它

• 评估完成后，原始线程原子地^†用其结果替换thunk

^† 例如，使用比较和交换 (CAS) 指令

因此这里存在潜在的竞争：如果两个线程试图同时强制执行相同的 thunk，它们可能都开始评估它。在这种情况下，它们会做一些多余的工作——但是，一个线程将成功地用结果覆盖BLACKHOLE，而另一个线程将简单地丢弃它计算的结果，因为它的 CAS 将失败。

安全代码无法检测到这一点，因为它无法获取对象的地址或确定 thunk 的状态。在实践中，这种类型的碰撞很少见，原因如下：

• 并发代码通常以适合特定问题的方式跨线程划分工作负载，因此重叠的风险很低

• 在达到弱头部正常形式之前，thunk 的评估通常相当“浅”，因此“碰撞”的概率很低

因此，即使在并发上下文中，实现非严格评估时，thunk 最终也会提供良好的性能折衷。