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  • 微软首席工程师Nick Cameron:Rust要想取得更大的成功,需要解决这十大挑战

    本文最初发布于Nick Cameron的个人博客。

    正处于非常有利的位置,它正变得越来越流行,贡献者也越来越多,而且被用在了一些相当重要的地方。然而,这是一个不断变化的时代,从一个研究项目变为一门快速变化的新语言,再成为一个发展势头良好的流行项目,这个过程是非常困难的。

    在本文中,我想从个人角度介绍下Rust目前及今后几年面临的10个最大的挑战。对于解决之道,我有一些想法,但那都是些又大又难的问题,想找出答案并不容易。所以,真正的解决方案需要迭代,并为此付出精力、发挥创造力。

    治理挑战

    1、如何掌握开发方向而又保持Rust的开放性?

    在开源工作中,对于项目来说什么是最好的,和贡献者想要做什么之间往往关系紧张。如果你足够幸运的话,两者能够保持一致,那自然没什么问题,但通常情况并非如此。有许多方法可以缓解这种紧张关系:给大家发放酬劳,有令人信服的愿景和良好的说服技巧,制定严格的PR接受策略,将事情游戏化,用宣传、感谢、授权或最终的工作机会等作为奖励来激励某些工作的参与者,等等。

    随着Rust社区不断发展,以及Mozilla直接支持的结束,对Rust来说,这种关系似乎变得更为紧张了。虽然有很多人在做必要的维护工作,但往往还是人手不足,有一些重要的领域缺乏资源,也缺少一些战略性工作,贡献导向力显得不足。

    在某种程度上,采用一种自上而下的方法可能更简单。不过,那将使Rust丧失作为
    的优势。这里有一个很大的挑战是,要确保那些重要但没有吸引力的工作有人做,同时又不会失去那些让它成为优秀项目的特质。

    我认为,我们当前应该着力完成以下几项具体的事情:

    • 先把一些已经开始的工作做完,而不是开始新的工作;

    • 按照工具、库、非技术性工作、语言与编译器这样的优先级顺序开展工作;

    • 优先考虑影响范围较小、成本较低、但完成后总体影响较大的工作(而不是大而迷人的工作)。与此相关的是,在开发过程中保持Rust项目的本色。特别是,项目如何发展并接受新的贡献者和领导者(以及由此而引发的不可避免的变化),而又不会忽视Rust的中心任务?随着观察员(和评论员)数量的增加,我们如何在讨论和决策过程中保持开放和透明?

    2、多元化与包容性

    尽管Rust以其热情友好的社区而闻名,但它的多样性数据却很糟糕,甚至比整个科技行业还糟糕。虽然在包容性方面,我们还算是一个做得比较好的项目,但事实是,还是有很多贡献者因为负面原因离开了项目,这表明我们应该做得更好(是的,避免倦怠也是包容性的一部分)。

    包容性的一个重要方面是能够协调各种观点。如果我们只有在大家意见一致时才能和平共处,那么我们就不是多元化或包容性的。虽然在某些领域,对协商一致的偏好给我们带来了一些好处,但那也造成了一些问题。我们的文化更倾向于避免冲突而不是解决冲突,那是不健康的,会导致治理功能的失调。

    要解决这些问题真的很难!但是,我们必须优先解决它们,即使很难,即使有时伴有阵痛。

    3、避免僵化的低效流程

    过去这些年,Rust取得了难以置信的发展,但我们的流程和组织结构却未能跟上发展的步伐。任何与治理或流程相关的变革都很保守。即使现有流程存在着巨大的损耗,除了微调之外似乎也不可能做其他任何事情。我们积累的组织债务已经如此之多,需要进行根本性的变革,但这会非常困难。

    我认为,问题的核心是项目不愿意把“管理(management)”(人员管理、项目管理、产品管理)作为项目领导层的一个重要组成部分。这些事情可以独立于技术领导层,但需要真正的权力下放(而不仅仅是工作下放)。

    项目面临的挑战是愿意授权,支持这些活动,并引入新的流程,为项目提供更好的支持。

    生态系统挑战

    4、浏览crate生态系统

    Rust在最小标准库和“batteries included”之间取得了很好的平衡,这得益于蓬勃发展的生态系统和简单易用的包管理器。然而,浏览crate生态系统一直很费劲。crate有很多,要找出一个适合的需要做大量的工作,或是非常积极地参与社区活动。随着不积极参与社区活动的用户越来越多,以及crate数量的增长,这个问题会越来越严重。

    5、异步生态系统

    对于Rust的许多应用领域来说都很重要,而且与Rust的编程模型非常契合。然而,这个生态系统在不同的运行时之间存在着一定程度的分裂,我们在这方面的改进工作一直很缓慢。我们在努力,但进展缓慢,最终能否成功也还是个变数。风险在于,我们最终把这些东西引入了标准库,而社区又不是很接受,最终导致这个生态系统比开始时还糟糕。

    技术挑战

    6、如何让这门语言在不失去核心特性的情况下拥有更广泛的吸引力?

    Rust在其细分市场已经非常成功,而且我认为还有很大的发展空间。不过,Rust可能远不止于此。如今,有很多软件都是用具有托管运行时的语言编写的,这些运行时对性能都非常敏感,而Rust注重安全性、人体工程学和性能,可以开发出更好的产品,提高生产率。然而,与GC语言相比,Rust目前的学习难度还很大,需要付出很高的认知成本。让Rust更易于学习和使用可能会提升Rust的影响力。

    我认为,支持GC、提供针对
    类型的语法糖或是添加各种语法糖并不是这个问题的解决之道。我们要简化一些东西,但又不能使Rust丧失其作为系统编程语言的优势。减少显式生命周期的使用,增强借用检查器,避免trait系统过于复杂,关注用户体验,避免成为一门庞大的语言,这些都会有所帮助。也许我们会发现新的抽象,显著简化所有权和生命周期?

    7、内存模型和不安全代码

    安全性是Rust的主要特性之一,也是许多人使用它的原因。遗憾的是,在安全的边界上是不安全代码,从安全到不安全没有一个平稳的过渡,只是一个不安全的悬崖,冰冷、可怕。我们需要提供更多的支持和更好的体验,让程序员完成不安全的工作。为此,我们需要更清晰地理解Rust的内存模型,然后再开发语言特性、库和工具。

    所幸,这个领域很活跃,有学术研究、社区的出色工作、MIRI、不安全代码指南,等等。遗憾的是,这是一个非常复杂和困难的领域,许多来自外围的声音减缓了进展速度,增加了参与者的工作难度。一些真正有影响力的变更可能因为政治和技术原因而变得太大(参见上文的流程僵化挑战和下文的编译器的重大修改挑战)。

    8、标准库演进

    Rust有一种严格而强大的方法来保持稳定性,包括针对向后兼容性定义了明确的保障措施。对于语言,一个版本可以有一些向后不兼容的演进而不会造成什么破坏。对于生态系统中的库,Cargo和Semver文化亦使得演进成为可能。然而,对于标准库,除了单调发展之外没有其他任何方法(有些东西可以弃用,但永远不能删除,还有一些东西不允许修改)。

    就其本身而言,这将导致标准库越来越大,越来越混乱。除此之外,还有一个次级效应:我们在稳定性方面必须非常保守,除了“永远稳定”和“只在Nightly版本可用并且完全可以更改”之外,API再没有其他可能的状态(相比之下,对于crate,pre-1.0版本可能可以与稳定版的编译器一起使用,而post-1.0版本也可能要有选择地使用)。

    与此相关,标准库是一笔全有或全无的买卖(技术上也有liballoc)。有一个更细粒度的版本管理方案,让我们可以更细粒度地使用标准库,而不是要么核心库,要么全部,那将是非常有好处的。

    9、编译器的重大修改

    Rustc 现在是一个相当庞大的软件,有很多内在的复杂性(Rust是一种复杂的语言,在保证快速编译的同时给出良好的错误消息非常困难),有很多大型软件常见的问题,还有很多技术债务。这里有一些很大的挑战,特别是在编译时(其中,增量编译和并行编译是两种正在研发中的方法),并且都是些很难实现的工作。

    像Chalk和Pelonius这样的工作是特别大的项目(要好几个人做好几年才能完成)。将来,做出重大修改只会越来越难。幸运的是,编译器团队有能力、有精力,而且资源丰富。但是,对Rustc 进行影响重大的修改仍然很有挑战性。

    10、宏

    宏有许多不完善的地方,也是该语言最不完善的部分之一。声明式宏引入了一种全新的子语言。过程宏很笨重,需要大量的依赖,并且很难掌握。所有宏在编译器(编译时间、增量编译、错误消息)和工具(IDE、rustdoc等的各种问题)中的表现都很差。

    我认为,这之所以成为一项巨大的挑战(不仅仅是又一个可以有针对性进行研究的语言特性)是因为这些问题涉及面广而且难度大。(可能)没有什么银弹,而只有大量的工程和设计工作。许多问题(如宏卫生性)需要的专业知识在社区中并不存在。宏的优先级不够高(毕竟,从根本上讲,它们还是有效的),对于贡献者来说也不够有吸引力。

    未来展望

    像这样列出10个问题,并把它们都说成是“大”问题,可能会让人感觉有点消极。但我认为,这些都是现实存在的挑战。好消息是(我觉得是),所有这些问题对于从事项目研发的各类人员来说都是已知的,而且,对于其中的许多问题,人们正在积极地寻求解决之道。尽管任何解决方案的难度都不会小,但我认为,所有这些挑战都有切实可行的解决方案。

    如果我们能够专注于解决这些问题(当然还有其他一些日常的挑战),那么我认为,Rust将可以继续发展并取得更大的成功。

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