并发模型规范

状态：正式规范。基于 RFC-024（并发模型）、RFC-009（所有权模型）、RFC-008（运行时架构）。

本文件定义 YaoXiang 编程语言的并发模型规范，包括 {} 块语义、spawn 并发原语、所有权交互、错误处理和资源类型。

核心设计——一个原语，一个规则：

spawn { ... }        ← 唯一并行原语
直接子赋值创建任务    ← 唯一规则
同步阻塞等待结果      ← 唯一行为

第一章：概述

1.1 {} 块的本质

在 YaoXiang 中，{} 是一个依赖驱动的计算单元。

属性	说明
依赖驱动	块在执行时检查内部所有变量是否就绪，若齐备则立即执行，否则阻塞等待
执行时机	由依赖决定，与"立即"或"延迟"无关
返回值	使用 `return` 显式返回值；无 `return` 时默认返回 `Void`
语法统一	无论出现在函数体、变量初始化还是 `spawn` 后，语义一致
作用域隔离	变量严格限于 `{}` 内部，不穿透到外层作用域

yaoxiang

// 依赖驱动示例
x = compute_x()        // x 就绪
y = compute_y()        // y 就绪
result = {
    // 依赖 x 和 y，两者就绪后立即执行
    return x + y
}

1.2 返回规则

写法	返回值	说明
`= expr`（无花括号）	直接返回 `expr`	表达式即值
`= { ... }`（有花括号）	必须用 `return`，否则返回 `Void`	块需要显式返回

yaoxiang

// 无花括号：直接返回
add: (a: Int, b: Int) -> Int = a + b

// 有花括号：必须用 return
process: (data: Data) -> Result = {
    validated = validate(data)?
    return ok(transform(validated))
}

// 有花括号但无 return：返回 Void
log: (message: String) -> Void = {
    print(message)  // 无 return，返回 Void
}

1.3 spawn 块语义

spawn { ... } 是 YaoXiang 中唯一的并行原语。

核心规则：

spawn 块的直接子赋值创建并行任务
嵌套 {} 内的赋值不算作独立任务
整个 spawn 块同步阻塞，等待所有任务完成后返回结果
没有回调、await 或注解

yaoxiang

// 两个任务并行执行
(a, b) = spawn {
    fetch("url1"),      // 任务 1
    fetch("url2")       // 任务 2
}
// 等待两者都完成后继续

1.4 用户心智模型

你写的普通代码是顺序执行的。当你希望多件事一起做时，把它们放进 spawn { ... } 块里。块里的每个直接赋值都会立即开始（并行），你需要的结果会自动等待。整个块会等所有事做完，然后把最终结果给你。没有回调，没有 await，没有奇怪的注解。

第二章：语法与语义

2.1 普通代码

普通代码（spawn 块外部）是顺序执行的。

yaoxiang

a = compute_a()     // 先执行
b = compute_b(a)    // 依赖 a，a 完成后执行
c = compute_c(b)    // 依赖 b，b 完成后执行

2.2 spawn 块

SpawnBlock  ::= '(' Pattern (',' Pattern)* ')' '=' 'spawn' '{' SpawnBody '}'
SpawnBody   ::= Assignment (',' Assignment)*

语义：

spawn 块内的直接子赋值作为独立任务并行执行
每个任务的结果绑定到对应的模式变量
整个块阻塞直到所有任务完成
返回所有结果的元组

yaoxiang

// 单任务
result = spawn {
    fetch("url")
}

// 多任务
(a, b, c) = spawn {
    fetch("url1"),
    fetch("url2"),
    fetch("url3")
}

2.3 函数体中的 spawn

函数体本身是一个 {} 块，可以在其中使用 spawn。

yaoxiang

fetch_and_parse: (urls: List(String)) -> List(Data) = {
    results = spawn for url in urls {
        parsed = parse(fetch(url))
    }
    return results
}

2.4 循环中的 spawn

SpawnFor    ::= Identifier '=' 'spawn' 'for' Identifier 'in' Expr '{' Assignment '}'

语义：数据并行循环，每次迭代作为独立任务。

yaoxiang

// 并行处理列表中的每个元素
results = spawn for item in items {
    result = process(item)
}

注意：spawn for 的循环体是独立任务，不支持跨迭代共享可变状态。如需聚合结果，应使用 spawn for 收集结果后在外部处理。

yaoxiang

// 正确：并行处理后在外部聚合
transformed = spawn for item in items {
    result = transform(item)
}
total = sum(transformed)   // 顺序聚合

2.5 嵌套 spawn

spawn 块可以嵌套，内层 spawn 创建新的并发域。

yaoxiang

(a, b) = spawn {
    x = spawn {
        fetch("url1"),
        fetch("url2")
    },
    y = compute(x)
}

内层 spawn 的直接子赋值才是任务，外层 spawn 不会穿透。

第三章：与所有权模型的交互

3.1 Move 语义

Move 是 YaoXiang 的默认语义（零拷贝）。变量进入 spawn 块后，外部不能再使用。

yaoxiang

data = load_data()
result = spawn {
    process(data)   // data 的所有权移入 spawn 块
}
// data 在此处不可用（已 move）

3.2 借用令牌

&T 和 &mut T 是零大小的编译期权限证明，不能跨任务边界。这不是特殊规则——令牌是编译期权限证明，跨任务共享请使用 ref。

yaoxiang

data = load_data()

// 编译错误：借用令牌不能跨任务
result = spawn {
    process(&data)   // 错误！&T 不能跨任务传递
}

令牌类型属性：

令牌	首要语义	次级属性
`&T`	冻结源数据——ReadToken 存活期间，任何 WriteToken(T) 不可获取	零大小，可复制（Dup）——冻结保证下多份只读天然安全
`&mut T`	独占读写——WriteToken 存活期间，任何其他令牌（读或写）不可共存	零大小，线性（非 Dup）——独占访问下复制无意义

因果顺序：ReadToken 的 Dup 是冻结保证的推论，不是反过来。数据被冻结（无突变可能）→ 多份只读视图安全 → 可以实现 Dup。如果把 Dup 当定义、冲突检查当补丁，因果就倒了。

3.3 ref 共享

ref 是跨作用域共享的唯一方式。编译器自动选择 Rc（单任务）或 Arc（跨任务），用户不需要关心。

yaoxiang

data = load_data()
shared = ref data       // 编译器自动选择 Rc 或 Arc

result = spawn {
    process_a(shared),  // 共享引用
    process_b(shared)   // 共享引用
}

编译器选择策略：

条件	选择	原因
默认（无法证明安全性）	`Arc`	安全优先，避免数据竞争
编译器能证明数据仅在单任务内使用	`Rc`	无原子操作开销

ref vs 借用令牌：

	`&T` / `&mut T`	`ref`
做什么	看一眼/原地改	共享持有
成本	零开销（零大小类型）	Rc 或 Arc（编译器选）
跨任务	不可	可（编译器自动选 Arc）

3.4 闭包捕获

闭包捕获 = Move，一个闭包只能给一个任务用。

yaoxiang

data = load_data()
fn = (x: Int) -> Int = data.value + x   // 闭包 move 捕获 data

// 编译错误：闭包只能用于一个任务
result = spawn {
    fn(1),      // 使用闭包
    fn(2)       // 错误！闭包已 move
}

正确做法：为每个任务创建独立闭包或使用 ref。

yaoxiang

data = load_data()
shared = ref data

result = spawn {
    ((x: Int) -> Int = shared.value + x)(1),
    ((x: Int) -> Int = shared.value + x)(2)
}

第四章：错误处理

4.1 ? 运算符

? 运算符用于显式错误传播，与 Rust 语义一致。

yaoxiang

read_file: (path: FilePath) -> Result(String, IoError) = {
    content = open(path)?      // 如果错误，立即传播
    return content.read_all()
}

4.2 spawn 块内错误传播

规则：

等待所有任务完成（即使某些任务已失败）
传播第一个遇到的错误
使用 ? 显式标记错误传播点

yaoxiang

(a, b) = spawn {
    fetch("url1")?,     // 可能失败
    fetch("url2")?      // 可能失败
}
// 如果任一任务失败，整个 spawn 块传播第一个错误

4.3 错误类型

自动生成：编译器自动生成联合错误类型。

yaoxiang

// 编译器推断出错误类型为 HttpError | IoError
(a, b) = spawn {
    fetch("url"),           // 可能抛出 HttpError
    read_file("data.txt")  // 可能抛出 IoError
}

手动覆盖：用户可手动定义统一错误类型。

yaoxiang

AppError: Type = {
    Http: (http_error: HttpError) -> AppError,
    Io: (io_error: IoError) -> AppError,
    Parse: (parse_error: ParseError) -> AppError
}

process: (url: String, path: FilePath) -> Result(Data, AppError) = {
    (a, b) = spawn {
        fetch(url).map_err(AppError.Http)?,
        read_file(path).map_err(AppError.Io)?
    }
    return parse(a + b).map_err(AppError.Parse)?
}

第五章：资源类型与副作用

5.1 内置资源类型

资源类型	说明	编译器行为
`FilePath`	文件系统路径	同路径操作自动串行
`HttpUrl`	HTTP 端点	同 URL 操作自动串行
`DBUrl`	数据库连接	同连接操作自动串行
`Console`	标准输出	所有 Console 操作自动串行

yaoxiang

// 同一文件的操作自动串行化
(a, b) = spawn {
    read_file("data.txt"),      // 先执行
    write_file("data.txt", x)   // 等待读取完成
}

5.2 用户自定义资源类型

用户自定义资源类型需显式标记。

yaoxiang

Database: Type = {
    connection_string: String,
    query: (db: Database, sql: String) -> Result(Rows, DbError)
}

5.3 副作用追踪

编译器追踪资源类型的使用，确保并发安全。

yaoxiang

// 编译器警告：Console 操作可能交错
spawn {
    print("Hello"),     // 可能与下一行交错
    print("World")
}

// 正确：显式串行
spawn {
    print("Hello\nWorld")
}

第六章：编译器行为

6.1 DAG 分析

编译器在编译期分析 spawn 块内的依赖关系（DAG），确定：

哪些表达式可以并行
哪些必须串行
如何分配任务

yaoxiang

(a, b, c) = spawn {
    x = fetch("url1"),      // 任务 1
    y = fetch("url2"),      // 任务 2（与任务 1 并行）
    z = process(x, y)       // 任务 3（依赖 x 和 y，必须等待）
}

6.2 Rc/Arc 选择（保守策略）

编译器采用保守策略，默认使用 Arc 以确保线程安全：

默认 Arc：当编译器无法确定 ref 是否仅在单个任务内使用时，保守选择 Arc
降级为 Rc：仅当编译器能通过 DAG 分析证明数据绝对不会跨任务共享时，才降级为 Rc
宁可慢，不可错：选择 Arc 的额外开销远小于数据竞争的风险

6.3 无并行警告

如果 spawn 块内的任务没有实际并行机会，编译器发出警告。

yaoxiang

// 编译器警告：无并行机会
result = spawn {
    a = fetch("url")    // 唯一任务
}
// 建议：直接使用普通代码
result = fetch("url")

6.4 资源冲突检测

编译器检测资源类型的潜在冲突。

yaoxiang

// 编译错误：同一文件的并发写入
spawn {
    write_file("data.txt", "a"),
    write_file("data.txt", "b")  // 错误！
}

第七章：运行时分层

编译阶段完全相同，区别仅在运行时执行方式（RFC-008）。

层级	spawn 支持	DAG 分析	适用场景
Embedded Runtime	❌	无	WASM、游戏脚本、规则引擎
Standard Runtime	✅	spawn 块内	Web 服务、数据管道
Full Runtime	✅	spawn 块内 + 工作窃取	科学计算、大规模并行

Embedded Runtime：即时执行器，无 spawn 支持，高性能低占用。

Standard Runtime：支持 spawn {} 块，在 spawn 块内进行 DAG 分析和自动并发。num_workers=1 即单线程模式。

Full Runtime：Standard + WorkStealer 负载均衡。

附录：语法速查

A.1 spawn 语句

SpawnBlock  ::= '(' Pattern (',' Pattern)* ')' '=' 'spawn' '{' SpawnBody '}'
SpawnFor    ::= Identifier '=' 'spawn' 'for' Identifier 'in' Expr '{' Assignment '}'
SpawnStmt   ::= SpawnBlock | SpawnFor
SpawnBody   ::= Assignment (',' Assignment)*

A.2 错误处理

Expr '?'              // 错误传播（Result 类型）

A.3 ref 表达式

RefExpr     ::= 'ref' Expr

A.4 资源类型标记

ResourceDecl ::= Identifier ':' 'Type' '=' RecordType

并发模型规范 ​

第一章：概述 ​

1.1 {} 块的本质 ​

1.2 返回规则 ​

1.3 spawn 块语义 ​

1.4 用户心智模型 ​

第二章：语法与语义 ​

2.1 普通代码 ​

2.2 spawn 块 ​

2.3 函数体中的 spawn ​

2.4 循环中的 spawn ​

2.5 嵌套 spawn ​

第三章：与所有权模型的交互 ​

3.1 Move 语义 ​

3.2 借用令牌 ​

3.3 ref 共享 ​

3.4 闭包捕获 ​

第四章：错误处理 ​

4.1 ? 运算符 ​

4.2 spawn 块内错误传播 ​

4.3 错误类型 ​

第五章：资源类型与副作用 ​

5.1 内置资源类型 ​

5.2 用户自定义资源类型 ​

5.3 副作用追踪 ​

第六章：编译器行为 ​

6.1 DAG 分析 ​

6.2 Rc/Arc 选择（保守策略） ​

6.3 无并行警告 ​

6.4 资源冲突检测 ​

第七章：运行时分层 ​

附录：语法速查 ​

A.1 spawn 语句 ​

A.2 错误处理 ​

A.3 ref 表达式 ​

A.4 资源类型标记 ​

并发模型规范

第一章：概述

1.1 {} 块的本质

1.2 返回规则

1.3 spawn 块语义

1.4 用户心智模型

第二章：语法与语义

2.1 普通代码

2.2 spawn 块

2.3 函数体中的 spawn

2.4 循环中的 spawn

2.5 嵌套 spawn

第三章：与所有权模型的交互

3.1 Move 语义

3.2 借用令牌

3.3 ref 共享

3.4 闭包捕获

第四章：错误处理

4.1 ? 运算符

4.2 spawn 块内错误传播

4.3 错误类型

第五章：资源类型与副作用

5.1 内置资源类型

5.2 用户自定义资源类型

5.3 副作用追踪

第六章：编译器行为

6.1 DAG 分析

6.2 Rc/Arc 选择（保守策略）

6.3 无并行警告

6.4 资源冲突检测

第七章：运行时分层

附录：语法速查

A.1 spawn 语句

A.2 错误处理

A.3 ref 表达式

A.4 资源类型标记