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Go to (in asyncio) considered harmful 26

Thu, 07 Jun 2018 07:31:29 +0000 - (source)

Dijkstra était un intellectuel pédant, mais quand il a écrit cette lettre célèbre, il a comme souvent mis le doigt sur un truc fondamental. Et quand l’auteur de Trio, une stack toute neuve concurrente d’asyncio, lui a fait écho 50 ans plus tard, ça a beaucoup discuté sur les mailing lists et les bugs trackers.

Nathaniel J. Smith, le dev susnommé, en a profité pour introduire une nouvelle primitive, actuellement surnommée la nursery, pour répondre au problème. Une idée visiblement tellement bonne que notre Yury préféré a décidé de la porter à asyncio. La boucle d’événements est bouclée, si je puis dire.

Mais une autre chose intéressante en découle : on a mis en lumière la présence d’un goto dans asyncio, et qu’il y a de bonnes pratiques, validées par Guido himself, pour coder avec cette lib pour éviter les douleurs.

What the fuck are you talking about ?

Le problème du goto, c’est que l’instruction permet d’aller de n’importe où à n’importe où. Cela rend le flux du programme très dur à suivre. Pour éviter cela, on a catégorisé les usages clean du goto: répéter une action, changer de comportement en fonction d’un test, sortir d’un algo en cas de problème, etc. Et on en a fait des primitives : les if, les while, les exceptions… Dans les langages les plus modernes, on a carrément viré le goto pour éviter les abus et erreurs. Joie.

Dans asyncio, le “goto” en question se trouve quand on veut lancer des tâches en arrière plan, comme ceci :

import asyncio as aio
loop = aio.get_event_loop()
aio.ensure_future(foo())  # GOTO !
aio.ensure_future(bar())  # GOTO !
loop.run_forever()

Le problème d’ensure_future() est multiple:

En prime run_forever() est un piège à con, car les exceptions qui arrivent dans la boucle sont logguées, mais ne font pas crasher le programme, ce qui rend le debuggage super rude, même avec debug mode activé (dont de toute façon personne ne soupçonne l’existence).

La solution asyncio

import asyncio as aio
loop = aio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(aio.gather(foo(), bar())

En plus d’être plus court, les exceptions vont faire planter le programme, la loop s’arrêtera quand les coroutines auront fini leur taff, leur flux a un début et une fin encapsulés par le gather(). Ceci est encore plus visible si on met le même code à l’intérieur d’une coroutine à l’intérieur d’une coroutine à l’intérieur d’une coroutine plutôt qu’à la racine du programme. En effet dans un exemple si simple, on se borne au démarrage et à l’arrêt de la boucle. Mais je suis paresseux.

Donc, c’est la bonne pratique, mais tout le monde ne le sait pas.

Pardon, correction.

Tous les devs Python ne connaissent pas asyncio. Parmi ceux qui connaissent asyncio, une petite partie comprend comme ça marche.

Dans ce lot rikiki, un pouillième sait que c’est la bonne pratique.

En fait, gather() est probablement la fonction la plus importante d’asyncio, et pourtant elle apparaît à peine dans la doc. C’est la malédiction d’asyncio, une lib que tout le monde attendait pour propulser Python dans la league des langages avec frameworks modernes, mais qui commence à peine à devenir utilisable par le commun des mortel en 2018. Et encore.

Il ne faut jamais utiliser ensure_future() à moins de vouloir attacher un callback à la main dessus, ce qui n’est probablement jamais ce que vous voulez à cette époque merveilleuse ou existe async/await. ensure_future() est un goto, gather() est un concept de plus haut niveau.

Mais deux problèmes demeurent…

Contrairement au goto banni de Python, ensure_future() est là, et va rester. Donc n’importe quel connard peut dans un code ailleurs vous niquer profond, et en tâche de fond.

ensure_future() (ou son petit frère EventLoop.create_task()) reste le seul moyen valable pour lancer une tâche, faire quelque chose, lancer une autre tâche, puis enfin faire un gather() sur les deux tâches:

async def grrr():
    task1 = aio.ensure_future(foo())
    # faire un truc pendant que task1 tourne
    task2 = aio.ensure_future(bar())
    # faire un truc pendant que task1 et task2 tournent
    # On s'assure que tout se rejoint à la fin:
    await aio.gather(task1, task2)

Et puis, faire une pyramide de gather() dans tout son code pour s’assurer que tout va bien de haut en bas, c’est facile à rater.

La nursery : la solution de trio

Une nursery agit comme un scope qui pose les limites du cycle de vie des tâches qui lui sont attachées. C’est un gather(), sous stéroide, et avec une portée visuellement claire:

async def grrr():
    async with trio.open_nursery() as nursery:
        task1 = nursery.start_soon(foo)
        # faire un truc pendant que task1 tourne
        task2 = nursery.start_soon(bar)
        # faire un truc pendant que task1 et task2 tournent

Les taches sont garanties, à la sortie du with, de se terminer. Le ensure_future() n’a pas d’équivalent en trio, et donc aucun moyen de lancer un truc dans le vent sans explicitement lui passer au moins une nursery à laquelle on souhaite l’attacher.

Résultat, on ne peut plus faire de goto, et le flux du program est clair et explicite.

Notez que, tout comme if et while ne permettaient rien qu’un utilisateur soigneux de goto ne pouvait faire, la nursery ne permet rien qu’un utilisateur soigneux de ensure_future() ne peut faire. Mais ça force un ensemble de bonnes pratiques.

Évidemment, on peut ouvrir une nursery dans un bloc d’une autre nursery, ce qui permet d’imbriquer différentes portées, comme on le ferait avec un begin() de transaction de base de données. Or, une exception à l’intérieur d’une nursery bubble naturellement comme toute exception Python, et stoppe toutes les tâches de la nursery encore en train de tourner. Alors qu’avec asyncio vous l’avez dans le cul.

En définitive, c’était la pièce manquante. La moitié du boulot avait était faite quand on a introduit un moyen de gérer des tâches asynchrones qui dépendent les unes des autres, en remplaçant les callbacks par un truc de haut niveau : async/await. Il restait la gestion des tâches en parallèle qui se faisait encore selon les goûts et compétences de chacun, mais la nursery va remplir ce vide.

Cela devrait être intégré à asyncio en Python 3.8, soit une bonne année et demie pour ceux qui ont la chance de pouvoir faire du bleeding edge.

Comme certains ne voudront pas attendre, je vous ai fait un POC qui vous montre comment ça pourrait marcher. Mais cette version ne sera jamais utilisée. En effet, elle intercepte ensure_future() (en fait le create_task() sous-jacent) pour attacher son résultat à la nursery en cours, évitant tout effet goto, et ça péterait trop de code existant. Mon pognon est plutôt sur un gros warning émis par Python quand on fait une gotise.

Dernier mot: s’il vous plaît, allez voter pour change le nom de nursery. C’est beaucoup trop long à taper pour un truc qu’on va utiliser tout le temps.


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