# 执行模型
Deft 是基于栈的字节码虚拟机，每个运行时运行一个 mutator 线程。并发分为两个层级：共享堆的协作式协程，以及通过复制交换值的隔离工作运行时。本文介绍解释器、事件循环和调度模型，并将其与 Smalltalk/Pharo、Tcl、Lua、Node 和 BEAM 进行对比。日常使用的 API 参见并发；分配与 GC 内部机制参见内存管理。
## 每个运行时的四要素
一个运行时是一个自包含的执行世界：一个 VM、一个堆、一个事件循环、一个 OS 线程。TUI 面板应用、`defworker` 子运行时、`deftask` 子运行时以及 cluster 工作进程各自都是一个运行时。
值绝不会以引用方式跨越运行时边界。任务与结果通过有界邮箱进行深拷贝，因此运行时之间不共享可变状态，也无需加锁。这与 Java 或 Go 的取舍相反（所有线程共享一个堆），而与 BEAM 接近（每个进程拥有自己的堆；消息通过复制传递）。Node 的 `worker_threads` 介于两者之间：相互隔离的 isolate，采用结构化克隆消息传递，但可以共享 `ArrayBuffer`——Deft 没有共享内存的后门。
## 解释器
- 基于栈的字节码，线程化分派（threaded dispatch）。 源码编译为一组紧凑的操作码：字面量、算术、分支、调用、集合操作、协议与方法定义以及协程控制。分派采用 Zig 计算跳转（computed-goto）惯用法的带标签 switch：每个处理程序都通过 `continue :main_dispatch` 进行尾跳转，因此没有逐指令的循环头部测试，且该 switch 会下沉为跳转表。一个合成的 `gate` 操作码在武装后会将执行路由到慢路径（错误、燃料、调试器）。目前没有 JIT。
- NaN 装箱（NaN-boxed）值。 每个值都是一个 64 位字——double 不加标签直接传递，其他所有值都是带标签的指针。数字为 IEEE double：没有 fixnum 或 bignum。
- 晚绑定方法。 函数即闭包。`call_method` 通过带内联缓存的类型注册表解析接收者类型加方法名，而非类虚表（vtable）。`defprotocol` 规范会被注册用于校验和 `satisfies?`；路由仍基于名称。
- 非移动式标记清除 GC。 停止世界（stop-the-world）、无写屏障、按类型区分的空闲链表、对象永不移动——参见内存管理。
Pharo 的 Cog VM 恰好相反：JIT 编译的消息发送通过类方法字典分派，镜像是部署单元。Deft 放弃了消息发送的纯粹性和 JIT 吞吐量，换取一个可从源码启动、可按应用嵌入的小型解释器。
## 事件循环
每个运行时拥有一个由 `epoll` 支撑的 Tcl 风格事件循环，其中单次 `epoll_wait` 统一处理 I/O 就绪与定时器到期。每次迭代按优先级顺序处理事件源：
1. 文件事件——fd 就绪
2. 定时器事件——`after`
3. 协程——就绪队列
4. 空闲处理程序——仅当没有其他待处理工作时
`vwait` 驱动循环直到没有剩余工作；服务器和 TUI 宿主会持续泵动该循环。这与 Tcl 的事件循环和 Node 的 libuv 循环属于同一层级；Tcl 是其直接祖先（`vwait`、`after` 和文件事件均以其为蓝本）。
## 协程：协作式与浅层
协程是一个显式状态机——`ready`、`running`、`suspended`、`done`、`failed`——停放在事件循环的就绪队列上。它通过 `yield`、`yield --wait ms`、`await`、邮箱接收或直接移交给另一个协程来显式挂起。
挂起只有一帧深。 协程只保存自身主体帧的指令指针、局部变量和操作数栈切片。从主体调用的函数内部挂起不被保存格式支持：
- 嵌套的 `await` 或 `sleep` 不会停放协程——它在原地阻塞该调用并同时泵动事件循环，因此其他协程、定时器和 I/O 仍能推进；
- 嵌套的裸 `yield` 是空操作。
回报是无需 async coloring（异步着色）：辅助函数可以在内部 `await`，并可从普通代码中调用（异步库代码就是这样从同步形态的调用方工作的）。代价是浅层挂起——你无法在辅助函数中途抢占或恢复协程。
操作预算防饥饿机制需要说明一点。每个协程时间片存在 100,000 次操作的预算，但强制让出目前被禁用：真正的工作发生在嵌套调用中，而保存格式无法恢复嵌套帧，因此预算会重置，协程继续运行。失控协程由调用深度限制和调试器中断（见下文）约束；完整的续延保存/恢复是已知的 TODO。唯一保留的预算让出是分配预算，它也只在协程的基础帧上触发。
这使 Deft 处于两个众所周知的设计点之间：
| 模型 | 挂起源 | 示例 |
|---|---|---|
| 有栈协程 | 任意调用深度 | Lua、Go、Erlang 进程、Java 虚拟线程 |
| 无栈 + 着色 | 仅异步函数自身的帧 | JavaScript、Python `async`/`await` |
| Deft | 协程主体帧；嵌套等待阻塞并泵动 | — |
Tcl 8.6 的 `coroutine`/`yield` 也是有栈的，实现于非递归求值器之上：“栈”是堆分配的调用记录，而非 C 帧。
## 抢占与调试器
VM 也可以从外部停止。一旦调试会话进入武装状态，就会在指令边界检查中断标志；当调试服务器连接时，解释器还会每 4,096 条指令轮询一次，因此即使繁忙的计算也能被夺取。这是真正的指令级抢占，但它不是调度器：暂停会就地冻结整个运行时（其自身的协程、定时器和 I/O 全部停顿），继续时恢复同一执行流。它无法将某个计算停放到队列上并改运行另一个计算。
Pharo 的绿色 `Process` 恰好形成对比：可抢占、按优先级排序，并具体化为续延，因此调度器可以在检查点将任意进程切换为另一个进程。该策略层带来的是：在代码行为异常时的响应性（用户代码循环时 UI 进程继续运行）、无需协作的公平性、无需 `await` 纪律的更简单应用代码，以及对任意进程的实时调试。其代价是 VM 复杂度和故障模式（优先级反转、低优先级饥饿）。Deft 用可预测性换取这些：协作式协程加上作为紧急刹车的调试器。参见调试服务器。
## 工作进程与并行
真正的并行意味着不同线程上的独立运行时：
- `deftask`——每次调用一个一次性子运行时；主体被快照，结果以 future 或 stream 形式返回。
- `defworker`——一个持久化、从文件加载的运行时，带有其模块图、`@worker` 处理程序和 worker 局部状态；`worker/send` 分派任务，`worker/stream` 流式传输结果。
- cluster——N 个 `SO_REUSEPORT` 工作运行时，位于内核连接分发之后，由父进程编排并热重载。
值通过 `CrossHeapRing` 邮箱跨越边界：发送方预留一个槽位并写入值；接收方将其深拷贝到自己的堆中。由于 GC 是非移动式的，接收线程可以在属主回收期间安全地从属主堆读取有根值，但分配只发生在属主线程上。
这类似于 Node 的 `worker_threads`/`cluster` 形态（减去共享内存）和 BEAM 的复制消息形态（减去逐进程抢占）。参见 defworker、运行时 和 并发。
## 家族树
| 运行时 | 并发单元 | 堆 | 调度 | 并行？ |
|---|---|---|---|---|
| Deft | 协程 + 工作运行时 | 每个运行时一个 | 协作式；无抢占 | 仅工作进程 |
| Pharo | `Process` | 一个共享镜像 | 抢占式，带优先级 | 否 |
| Tcl | 协程 + 线程/解释器 | 一个分配器，引用计数 | 事件循环 + NRE 协程 | 线程，各自独立的解释器 |
| Lua | 协程 | 一个堆 | 协作式 | 否 |
| Node | promise / worker | 每线程一个 isolate | 事件循环 | 工作线程 |
| BEAM | 进程 | 每进程一个 | 抢占式 | 是 |
| Go / Loom | goroutine / 虚拟线程 | 一个共享堆 | 抢占式 | 是 |
Tcl 是最接近的单一祖先：事件循环、`vwait`、有栈协程、按线程解释器和安全解释器。Lua 贡献了协程语法；Node 提供了 future/worker/cluster 词汇。按运行时划分的 GC 堆和内核沙箱是 Deft 自己的增补——沙箱见沙箱。
## 设计说明
- 浅层协程使挂起状态保持小巧。 只保存一帧使 `ObjCoroutine` 保持紧凑、GC 根保持有界，并让挂起开销低廉。让嵌套等待阻塞并泵动而非失败，正是消除着色要求的原因。
- 两个层级解决不同的问题。 协程共享堆，使并发应用逻辑无需繁文缛节即可访问同一数据；工作进程获得独立堆，使失控或易崩溃的计算无法破坏宿主。
- 有意省略的功能： 优先级与时间片、有栈挂起、共享内存线程以及镜像。每一项都是自洽的设计，但每一项都会增加 Deft 目前不需要的 VM 机制；调试器中断和分配预算已覆盖失控代码的情形。
## 快速参考
| 问题 | 答案 |
|---|---|
| Deft 是单线程的吗？ | 每个运行时一个 mutator 线程；并行来自多个独立运行时 |
| 协程共享内存吗？ | 是——同一个堆，无需加锁 |
| 工作进程共享内存吗？ | 否——值通过 `CrossHeapRing` 邮箱深拷贝 |
| 辅助函数可以 `await` 吗？ | 可以——嵌套等待阻塞并泵动；无需异步着色 |
| 协程可以在辅助函数中挂起吗？ | 否——挂起只有一帧深，位于协程主体 |
| 什么能阻止一个协程独占事件循环？ | 目前：几乎没有——操作预算让出被禁用（TODO）；调用深度和调试器约束失控协程 |
| 调试器可以暂停任何应用吗？ | 可以——武装后通过指令边界中断，但它会就地冻结该运行时 |
| 有优先级吗？ | 没有——协程是 FIFO 且协作式 |