Coroutine trong C++ từ lâu đã được biết đến với tính linh hoạt và độ phức tạp, đòi hỏi các nhà phát triển phải tự triển khai các kiểu task và framework thực thi riêng. Tuy nhiên, bối cảnh này sắp thay đổi đáng kể với C++26, phiên bản sẽ giới thiệu default async runtime thông qua std::execution, mang lại cả sự phấn khích lẫn tranh cãi cho cộng đồng C++.
Các Thành Phần Default Runtime Sắp Có Trong C++26
Tiêu chuẩn C++26 sắp tới sẽ bao gồm ba thành phần chính phản ánh chức năng được tìm thấy trong các hệ thống async của ngôn ngữ khác. Đầu tiên, một kiểu coroutine task mặc định sẽ loại bỏ nhu cầu các nhà phát triển phải tạo các triển khai Task riêng từ đầu. Thứ hai, một executor mặc định sẽ xử lý việc lập lịch và thực thi các hoạt động async. Thứ ba, khả năng spawn task tương tự như Tokio trong Rust sẽ cung cấp các pattern quen thuộc cho lập trình đồng thời.
Những bổ sung này đại diện cho một sự thay đổi đáng kể so với cách tiếp cận truyền thống của C++ là cung cấp các building block cấp thấp thay vì các giải pháp hoàn chỉnh. Framework std::execution nhằm mục đích cung cấp cho các nhà phát triển một hệ thống async sẵn sàng sử dụng trong khi vẫn duy trì tính linh hoạt đặc trưng của ngôn ngữ.
Các thành phần C++26 std::execution
| Thành phần | Mục đích | So sánh |
|---|---|---|
| Loại task coroutine mặc định | Loại bỏ nhu cầu triển khai Task tùy chỉnh | Tương tự như loại Task tích hợp sẵn của C |
| Executor mặc định | Xử lý việc lập lịch và thực thi các hoạt động bất đồng bộ | Có thể so sánh với async runtime trong các ngôn ngữ khác |
| Khả năng spawn task | Cho phép tạo task đồng thời | Tương tự như chức năng spawn của Tokio trong Rust |
Cộng Đồng Chia Rẽ Về Triết Lý Tiêu Chuẩn Hóa
Quyết định bao gồm default async runtime đã chia rẽ cộng đồng C++ theo các quan điểm triết lý. Những người ủng hộ cho rằng việc có cả đặc tả coroutine linh hoạt cho power user và triển khai mặc định cho các trường hợp sử dụng phổ biến sẽ mang lại điều tốt nhất của cả hai thế giới. Cách tiếp cận này có thể giảm rào cản gia nhập cho lập trình async trong C++ và giảm sự phân mảnh hiện tại giữa các thư viện coroutine khác nhau.
Những người chỉ trích chỉ ra cách tiếp cận khác của Rust như một câu chuyện cảnh báo. Rust đã cố ý chọn không bao gồm default async runtime trong thư viện chuẩn, cho phép hệ sinh thái phát triển các lựa chọn thay thế như Embassy cho hệ thống nhúng và ngăn chặn API bị đóng băng thành các thiết kế có thể không tối ưu.
Hoàn toàn có thể mọi người tìm ra một phong cách async mới hoạt động tốt hơn std::execution.
Mối quan tâm tập trung vào việc liệu tiêu chuẩn hóa một cách tiếp cận cụ thể quá sớm có thể kìm hãm sự đổi mới trong các pattern lập trình async chưa được khám phá hay không.
Đường Cong Học Tập Vẫn Dốc
Bất chấp những cải tiến sắp tới, coroutine C++ vẫn tiếp tục đặt ra những thách thức học tập đáng kể. Hệ thống hiện tại đòi hỏi hiểu biết về nhiều khái niệm liên kết với nhau bao gồm promise type, awaiter, awaitable và các customization point khác nhau. Các tài nguyên giáo dục như loạt bài coroutine toàn diện của Raymond Chen đã trở thành tài liệu đọc thiết yếu, nhưng độ phức tạp vẫn đáng sợ đối với nhiều nhà phát triển.
Ngữ pháp và thuật ngữ xung quanh coroutine C++ đòi hỏi nghiên cứu cẩn thận, với các khái niệm cần định nghĩa chính xác và ví dụ mở rộng để hiểu đúng cách. Độ phức tạp này xuất phát từ cách tiếp cận của ngôn ngữ là cung cấp tính linh hoạt tối đa thông qua compiler transformation và customization point, thay vì các abstraction đơn giản hơn.
Các Điểm Tùy Chỉnh Chính trong C++ Coroutines
- promise_type: Định nghĩa hành vi của coroutine cho các thao tác gọi, trả về và hủy
- initial_suspend: Hành vi ngay sau khi coroutine được gọi
- final_suspend: Hành vi ngay trước khi vòng đời của coroutine kết thúc
- await_transform: Chuyển đổi các biểu thức trong câu lệnh co_await thành các awaitable
- awaiter objects: Xử lý các thao tác tạm dừng và tiếp tục với các phương thức await_suspend và await_resume
Ứng Dụng Thực Tế Cho Thấy Tiềm Năng
Việc sử dụng coroutine C++ trong thế giới thực chứng minh giá trị của chúng bất chấp đường cong học tập. Các nhà phát triển báo cáo những cải tiến đáng kể khi thay thế mã mạng dựa trên callback bằng coroutine, đặc biệt trong các tình huống liên quan đến hành động lặp lại, xử lý lỗi và quản lý vòng đời dữ liệu. Khả năng viết mã declarative thay vì state machine phức tạp thu hút nhiều lập trình viên xử lý giao thức mạng và xử lý message.
Thay thế state machine đại diện cho một trường hợp sử dụng hấp dẫn khác, nơi coroutine có thể loại bỏ nhu cầu về state enum rõ ràng và switch statement để ủng hộ control flow tự nhiên hơn. Điều này chứng minh đặc biệt có giá trị trong lập trình mạng nơi các giao thức thường yêu cầu nhiều bước đàm phán trước khi bắt đầu truyền dữ liệu thực tế.
Việc giới thiệu các thành phần async mặc định trong C++26 có thể tăng tốc việc áp dụng bằng cách giảm gánh nặng triển khai ban đầu, mặc dù độ phức tạp cơ bản của mô hình coroutine có thể vẫn là một yếu tố trong bối cảnh lập trình async của ngôn ngữ.
Tham khảo: A Mental Model for C++ Coroutine