Concurrent ML

Concurrent ML
Семантика	Синхронная передача сообщений
Класс языка	функциональный, конкурентный
Тип исполнения	встраиваемый
Автор	John H. Reppy
Система типов	Хиндли—Милнера
Испытал влияние	Standard ML
Повлиял на	конкурентные расширения для OCaml, Haskell, Scheme, Java
Лицензия	открытая
Сайт	cml.cs.uchicago.edu
Платформа	Standard ML
ОС	кроссплатформенный

Concurrent ML (CML) — статически типизированный язык конкурентного программирования высшего порядка, встраиваемый в язык общего назначения Standard ML.

Реализован в виде библиотеки. Входит в стандартную поставку компиляторов SML/NJ и MLton. С минимальными изменениями CML планируется ввести в стандарт будущего языка successor ML.

Подробности

CML воплощает модель синхронной передачи сообщений, расширяя SML типизированными каналами и синхронными абстракциями первого класса, которые называются событиями. Этот механизм позволяет инкапсулировать сложные протоколы взаимодействия и синхронизации в виде объектов первого класса, поощряя сокрытие действительных каналов взаимодействия под абстрактными типами данных и улучшая за счёт этого модульность.

CML разработан во времена, когда процессоры с поддержкой аппаратного параллелизма были роскошью, так что его ранние реализации ориентировались на физически последовательное исполнение. Впоследствии был разработан «Parallel Concurrent ML», исполняемый на современных процессорах более эффективно.

Своим созданием и развитием CML в основном обязан Джону Реппи (англ. John Reppy).

Реализация

Concurrent ML выделяется среди большинства встраиваемых языков тем, что имеет не единственную реализацию, а две принципиально различные. Это обусловлено различиями между реализациями Standard ML по назначению и применяемым стратегиям компиляции:

• В компиляторе Standard ML of New Jersey (SML/NJ) язык CML реализован посредством продолжений, то есть предоставляет платформенно-независимую многопоточность. Поскольку SML/NJ использует при компиляции стратегию программирование в стиле передачи продолжений (англ. Continuation-passing style, CPS), а сам язык SML гарантирует оптимизацию хвостовых вызовов (Tail Call Optimisation, TCO), то из результирующего кода полностью устраняется динамический стек, и распараллеленные программы получаются весьма эффективными.

• MLton использует значительно более агрессивную оптимизацию, изначально ориентируясь на производительность программ уровня Си/C++. При таких требованиях CPS-стратегия оказывается неприменима. Но без неё каждый вызов callcc требует временных затрат, пропорциональных размеру стека, что в данном случае тем более неприемлемо. Поэтому при портировании реализация CML была переключена с продолжений на «тонкие» потоки MLton, основанные на потоках операционные системы. Как следствие, исходный код на CML под MLton портируем за счёт абстракции, но скомпилированный код уже получается специфичным для данной платформы. Потоки MLton несколько тяжеловеснее, чем продолжения в SML/NJ, но разработчики полагают, что это исправимо. MLton предоставляет базовую функциональность CML, в основном повторяющую поведение имеющейся в SML/NJ, но не реализует потоко-безопасную обёртку над Базисной библиотекой и реактивные эквиваленты функциональности модулей IO и OS.

Применение

На CML написана библиотека eXene, реализующая параллельную реактивную модель графического интерфейса пользователя под X Window System.

Пример кода

Программа «Hello, world!» для консоли. Здесь порождается поток, который создаёт строковый канал. Этот поток сперва порождает другой поток, который напечатает в консоль первую строку, полученную на канале, а затем посылает на этот порождённый канал строку «hello, world!».

structure Hello =
   struct
      open CML

      fun hello () =
         let
            val c : string chan = channel ()
         in
            spawn ( fn () => TextIO.print (recv c) );
            send ( c, "hello, world!\n" );
            exit ()
         end

      fun main (name, argv) =
         RunCML.doit ( fn () => ignore (spawn hello), NONE )
   end

Литература

• John Reppy. Synchronous Operations as First-Class Values. — Conference on Programming Language Design and Implementation (PLDI), 1988.

• John Reppy. Concurrent Programming in ML. — Cambridge University Press, 1999. — ISBN 0521480892. (недоступная ссылка)

• Emden Gansner, John Reppy. A Multi-Threaded Higher-order User Interface Toolkit.. — User Interface Software, 1993.

• Riccardo Puccella. Reactive Programming in Standard ML. — IEEE International Conference on Computer Languages (ICCL), 1998.

• Simon Marlow, Simon Peyton Jones, Andy Moran, John Reppy. Asynchronous Exceptions in Haskell. — Conference on Programming Language Design and Implementation (PLDI), 2001. Архивировано {a.

• Matthew Flatt and Robert Bruce Findler. Kill-Safe Synchronization Abstractions. — Conference on Programming Language Design and Implementation (PLDI), 2004.

• John Reppy, Yingqi Xiao. Specialization of CML message-passing primitives. — Symposium on Principles of Programming Languages (POPL), 2007. — С. 315–326.

• John Reppy, Claudio V. Russo, Yingqi Xiao. Parallel Concurrent ML. — International Conference on Functional Programming (ICFP), 2009.

Ссылки

• Concurrent ML в SML/NJ
• Concurrent ML Implementation in MLton
• MLton Threads
• альтернативный подход к многопоточности в ML:

Norman Ramsey. Concurrent Programming in ML // Technical Report CS-TR-262-90. — Princeton University, 1990.