Я расскажу о том, как наладить многопоточное взаимодействие в браузере без использования мьютексов и условных переменных. Доклад будет интересен тем, кто пишет на языке C++ и разрабатывает многопоточные сервисы и приложения.

2. Многопоточность
в браузере.
Модель акторов
Константин Крамлих

4. Инициализируем плеер
void Player::Init() {
OpenFile();
InitializeDecoder();
InitializeRenderer();
StartDecodeLoop();
StartDisplayLoop();
}

5. Читаем и показываем кадры
// Producer thread
void Player::DecodeLoop() {
...
while (!end) {
...
decoder->ReadFrame(&frame);
queue->Push(frame);
...
}
}
// Consumer thread
void Player::DisplayLoop() {
while (!end) {
...
queue->Pop(&frame);
if (!frame)
continue;
end = frame->IsLastFrame();
ShowFrame(frame);
...
}
}

6. Почему так нельзя
▌ Греем воздух
▌ Ненужная очередь
▌ Мьютексы/Условные переменные для синхронизации

7. 8

8. 9

9. Требования к браузеру
▌ Отзывчивый UI
▌ Скорость работы
▌ Выполнение большого количества задач одновременно
10

10. Основные потоки в браузере
▌ UI thread
▌ IO thread
▌ File thread
▌ DB thread
▌ SafeBrowsing thread
▌ History thread
11

11. 12
Main thread
Actor Actor
Actor Actor

12. Важные классы в Chromium
▌ Callback & Closure
▌ TaskRunner & SequencedTaskRunner &
SingleThreadTaskRunner
▌ MessageLoop & MessageLoopProxy
▌ Thread & PlatformThread
▌ BrowserThread
13

13. Callback & Closure
void DoSomeJob(base::Callback<void (bool)> result_cb);
void OnJobCompleted(bool success);
void Foo() {
DoSomeJob(base::Bind(&OnJobCompleted));
}
void OnJobCompletedExtraData(const std::string& extra_data, bool success);
void Bar() {
DoSomeJob(base::Bind(&OnJobCompletedWithExtraData, "Called from Bar"));
}
14

14. Почему не std::function
▌ std::function еще не было
▌ Функционал std::function шире
▌ std::function делает копию внутреннего состояния при копировании
▌ Неявные касты вида std::function<int(int)> -> std::function<void(int)>

15. MessageLoop & MessageLoopProxy
void DoSomeJob(base::Callback<void (bool)> result_cb);
void OnJobCompleted(bool success);
void Bar() {
MessageLoopProxy::current()->PostTask(
FROM_HERE,
base::Bind(&DoSomeJob(base::Bind(&OnJobCompleted))));
}
16

16. Thread & PlatformThread
void Bar();
void Foo() {
base::Thread thread("MyWorkerThread");
thread.message_loop_proxy()->PostTask(
FROM_HERE,
base::Bind(&Bar));
}

17. BrowserThread
void Foo(int);
void Bar() {
BrowserThread::PostTask(BrowserThread::IO, FROM_HERE,
base::Bind(&Foo, 42));
}

18. base::Bind для методов классов
class SomeClass : public base::RefCountedThreadSafe<SomeClass> {
public:
void A() {};
void B() {
base::Callback<void()> cb = base::Bind(&Foo::A, this);
cb.Run();
}
};

19. base::Bind для методов классов
class SomeClass {
public:
void A() {};
void B() {
base::Callback<void()> cb = base::Bind(&Foo::A, base::Unretained(this));
cb.Run();
}
};

20. Удаление на нужном потоке
class SomeClass : public base::RefCountedThreadSafe<SomeClass,
BrowserThread::DeleteOnIOThread> {
...
}

21. Обнаружение опасности
void SafeBrowsingResourceThrottle::OnCheckBrowseUrlResult(
const GURL& url,
SBThreatType threat_type,
const std::string& metadata) {
...
SafeBrowsingUIManager::UnsafeResource resource;
resource.url = url;
...
resource.callback = base::Bind(
&SafeBrowsingResourceThrottle::OnBlockingPageComplete, AsWeakPtr());
content::BrowserThread::PostTask(
content::BrowserThread::UI,
FROM_HERE,
base::Bind(&SafeBrowsingResourceThrottle::StartDisplayingBlockingPage,
AsWeakPtr(), ui_manager_, resource));
}

22. Блокировка страницы
void SafeBrowsingUIManager::DisplayBlockingPage(
const UnsafeResource& resource) {
DCHECK(BrowserThread::CurrentlyOn(BrowserThread::UI));
...
if (IsWhitelisted(resource)) {
if (!resource.callback.is_null()) {
BrowserThread::PostTask(
BrowserThread::IO, FROM_HERE, base::Bind(resource.callback, true));
}
return;
}
...
SafeBrowsingBlockingPage::ShowBlockingPage(this, resource);
}

23. Завершение блокировки
void SafeBrowsingUIManager::OnBlockingPageDone(
const std::vector<UnsafeResource>& resources,
bool proceed) {
DCHECK(BrowserThread::CurrentlyOn(BrowserThread::IO));
for (std::vector<UnsafeResource>::const_iterator iter = resources.begin();
iter != resources.end(); ++iter) {
const UnsafeResource& resource = *iter;
if (!resource.callback.is_null())
resource.callback.Run(proceed);
if (proceed) {
BrowserThread::PostTask(
BrowserThread::UI,
FROM_HERE,
base::Bind(&SafeBrowsingUIManager::UpdateWhitelist, this, resource));
}
}
}

24. Выводы
▌ Данные привязаны к конкретным потокам
▌ Нет нужды в мьютексах
▌ Проверяем, что работаем на нужном потоке

25. Привязка к нужному потоку
#define BIND_TO_RENDER_LOOP(function)
(DCHECK(main_task_runner_->BelongsToCurrentThread()),
BindToCurrentLoop(base::Bind(function, AsWeakPtr())))
void WebMediaPlayerImpl::StartPipeline() {
DCHECK(main_task_runner_->BelongsToCurrentThread());
...
pipeline_.Start(
demuxer_.get(),
CreateRenderer(),
BIND_TO_RENDER_LOOP(&WebMediaPlayerImpl::OnPipelineEnded),
BIND_TO_RENDER_LOOP(&WebMediaPlayerImpl::OnPipelineError),
BIND_TO_RENDER_LOOP1(&WebMediaPlayerImpl::OnPipelineSeeked, false),
BIND_TO_RENDER_LOOP(&WebMediaPlayerImpl::OnPipelineMetadata),
BIND_TO_RENDER_LOOP(&WebMediaPlayerImpl::OnPipelineBufferingStateChanged),
BIND_TO_RENDER_LOOP(&WebMediaPlayerImpl::OnDurationChanged),
BIND_TO_RENDER_LOOP(&WebMediaPlayerImpl::OnAddTextTrack));
}
26

26. Неявное использование на другом потоке
void Pipeline::BufferingStateChanged(BufferingState new_buffering_state) {
DVLOG(1) << __FUNCTION__ << "(" << new_buffering_state << ") ”;
DCHECK(task_runner_->BelongsToCurrentThread());
buffering_state_cb_.Run(new_buffering_state);
}

27. Скрытие потоков исполнения
virtual void QueryForMatches(
const std::set<SourceFrameRef>& candidates,
const MatchesCallback& results_callback) OVERRIDE {
BrowserThread::PostTask(
BrowserThread::UI,
FROM_HERE,
base::Bind(&MuteDestination::QueryForMatchesOnUIThread,
this,
candidates,
media::BindToCurrentLoop(results_callback)));
}
void QueryForMatchesOnUIThread(const std::set<SourceFrameRef>& candidates,
const MatchesCallback& results_callback) {
...
results_callback.Run(matches);
}

28. Выводы
▌ Не нужно думать о том, на каком потоке нужно дергать
коллбеки
▌ Скрываем информацию об исполняющем потоке

29. Инициализируем плеер
void Player::Init() {
OpenFile();
InitializeDecoder();
InitializeRenderer();
StartDecodeLoop();
StartDisplayLoop();
}
30

30. Читаем и показываем кадры
// Producer thread
void Player::DecodeLoop() {
...
while (!end) {
...
decoder->ReadFrame(&frame);
queue->Push(frame);
...
}
}
// Consumer thread
void Player::DisplayLoop() {
while (!end) {
...
queue->Pop(&frame);
if (!frame)
continue;
end = frame->IsLastFrame();
ShowFrame(frame);
...
}
}

31. Инициализируем плеер
void Player::Init() {
OpenFile();
base::Callback<void(Frame)> show_frame_cb = Bind(&ShowFrame, this);
InitializeDecoder(BindToCurrentLoop(show_frame_cb));
InitializeRenderer();
StartDecodeLoop();
}

32. Читаем и отдаем кадры
// Producer thread
void Decoder::DecodeLoop() {
...
while (!end) {
...
decoder->ReadFrame(&frame);
frame_ready_cb.Run(frame);
...
}
}

33. class Account {
double balance;
int id;
void withdraw(double amount) {
balance -= amount;
}
void deposit(double amount) {
balance += amount;
}
void transfer(Account from, Account to, double amount) {
sync(from);
sync(to);
from.withdraw(amount);
to.deposit(amount);
release(to);
release(from);
}
}
Избегаем dedlock-и

34. Плюсы
▌ Данные привязаны к конкретным потокам, не требуются
примитивы синхронизации
▌ Можно скрыть знание того, на каком потоке будет
выполняться задача, а также поток выполнения коллбека
▌ Проверяем поток, на котором происходит выполнение

35. Минусы
▌ Код должен быть асинхронным
▌ Теряем возможность использования исключений
▌ В некоторых случаях использование мьютексов может быть
быстрее
36

36. Полезные ссылки
▌ http://www.chromium.org/developers/coding-style/important-abstractions-
and-data-structures
▌ http://www.chromium.org/developers/design-documents/
threading
▌ https://en.wikipedia.org/wiki/Actor_model
37

37. Спасибо за внимание!
38