Eşzamanlı programlamayı neden bilmeliyim?

Eşzamanlı programlama benim için oldukça zor: temel bir slayta bakmak bile bana zor geliyor. Çok soyut görünüyor.

Eşzamanlı programlama kavramlarını iyi bilmenin faydaları nelerdir? Düzenli, sıralı programlamada bana yardımcı olacak mı? Programlarımızın nasıl çalıştığını anlamak için bir memnuniyet olduğunu biliyorum, ama başka ne var?

İşte hızlı ve kolay bir motivasyon: En küçük, en zayıf sistemlerden başka bir şey kodlamak istiyorsanız , eşzamanlı kod yazacaksınız.

Bulut için yazmak ister misiniz? Buluttaki hesaplama örnekleri küçüktür. Büyük olanları alamazsınız, birçok küçük olanları alırsınız. Aniden küçük web uygulaması eşzamanlı bir uygulama. İyi tasarladıysanız, müşteri kazandıkça daha fazla sunucuya atabilirsiniz. Yoksa, örneğinizin yük ortalaması sabitlenmişken nasıl olduğunu öğrenmek zorundasınız.

Tamam, masaüstü uygulamaları yazmak ister misiniz? Her şeyin çift veya daha fazla çekirdekli bir CPU'su vardır. En ucuz makineler hariç. Ve en ucuz makinelere sahip insanlar muhtemelen pahalı yazılımlarınız için çatallanmayacaklar, değil mi?

Belki mobil geliştirme yapmak istersiniz? Hey, iPhone 4S'de çift çekirdekli bir CPU var. Gerisi çok geride kalmayacak.

Video oyunları? Xbox 360 çok işlemcili bir sistemdir ve Sony'nin PS3 modeli aslında çok çekirdekli bir sistemdir.

Küçük, basit problemler üzerinde çalışmadığınız sürece, eşzamanlı programlamadan kurtulamazsınız.

2016 güncellemesi : 35 $ 'lık Raspberry Pi'nin mevcut tekrarı, cep telefonları için tasarlanmış bir çip üzerinde dört çekirdekli bir sistem üzerine inşa edilmiştir. Yapay zekadaki dramatik ilerlemeler kısmen paralel hesaplama motorları olarak ileri teknoloji ekran kartlarının bulunması nedeniyle sağlanmıştır.

1970'den 2002'ye kadar işlemciler yaklaşık 18 ayda bir iki katına çıktı. Yani bir programcı olarak tek yapmanız gereken beklemekti ve programınız daha hızlı gidecekti. Sorun 2002 civarında kuralların değişmesidir. Şimdi daha büyük hızlı işlemciler yapmıyorlar, daha küçük daha yavaş işlemciler yapıyorlar, ancak bunları gruplara ayırıyorlar. Üzerinde çalıştığım bilgisayarın 4 çekirdeği var ve 8 çekirdeğe kadar çekirdek (ve çekirdek başına 4 iş parçacığı) var. Yakında çok daha fazla çekirdekli cipsimiz olacak.

Dolayısıyla, eşzamanlı olmayan bir program yazarsanız, 1 çekirdek veya iplik kullandığınızı göreceksiniz, ancak CPU'nun geri kalanı hiçbir şey yapmadan orada oturuyor. Yani 16 çekirdeğiniz varsa 1 programınızı çalıştırıyor ve diğer 15 tanesi orada oturuyor!

Eşzamanlılık sorunu, deterministik olmamasıdır. Bu, farklı iş parçacıklarının hangi sırayla bir şeyler yapacağını tam olarak bilmediğiniz anlamına gelir. Geleneksel olarak programcılar bunu kilitleri ve benzerlerini kullanarak çözmeye çalışmıştır. Bu yol açmıştır LOT ağrı. Birden fazla iş parçacığının serbestçe erişebildiği bir tür değişebilir duruma sahip olmak, genellikle ağrı ve heisnebugs için bir formüldür!

Geç eğilim, değişebilir durumu sıkı bir şekilde kontrol eden fonksiyonel dillere geçmektir. İşlevsel dillerin eşzamanlılığı ele almasının iki temel yolu vardır. Birincisi mesaj iletimi kullanmaktır. Bu en iyi Erlang tarafından gösterilir. Erlang'da genellikle süreçler arasında Paylaşılan durum yoktur. Hafızayı değil, geçen mesajlarımı paylaşarak iletişim kurarlar. Şu anda yaptığımız için bu sizin için anlamlı olmalıdır. Bu bilgiyi size bir mesaj göndererek gönderiyorum, beynimden hatırlayarak değil! Kilitleme hatalarının çoğunu geçen mesaja geçerek kolayca uzaklaşın. Ayrıca, mesajlar ağ üzerinden ve bir düğüm içinde iletilebilir.

Diğer yöntem, Yazılım Transkripsiyonel Belleği anlamına gelen STM'dir, Bu clojure ve Haskell'de (ve diğerlerinde) bulunur. STM'de bellek paylaşılır ancak değişiklikler yalnızca bir işlemle yapılabilir. Veritabanı milletvekilleri 1970'lerde tüm bunları anladım gibi biz doğru olsun sağlamak oldukça kolaydır.

Aslında biraz fazla basitleştirdim, Clojure ve Haskell her ikisi de mesaj geçişi yapabilir ve Erlang STM yapabilir.

Feragatname Erlang ile Programming Web Services'in yazarı , önümüzdeki birkaç hafta içinde erken sürümde çıkacak.

Çünkü en azından beklediğinizde eşzamanlılık yüzünüzde patlayabilir ...

Eşzamanlı programlamanın ilk kuralı "Zor" dur. Eşzamanlı programlamanın ikinci kuralı "Bu. Zor." .. !!

Ciddi olarak, eşzamanlı programlama, çoklu iş parçacığı ve çoklu işleme için iki ortak yaklaşım vardır. Çoklu işlem, anlaşılması en kolay olanıdır, çünkü bir görevi yerine getirmek için bir işlemin birden çok örneğini çalıştırmak anlamına gelir. Fork / join çağrıları ile Unix tabanlı sistemlerde yapmak oldukça kolaydır, ancak Windows sistemlerinde o kadar kolay değildir.

Çoklu iş parçacığı muhtemelen çoğu zaman eşzamanlılık hakkında konuşurken düşünen yaklaşımdır. Bir uygulamada birden çok iş parçacığı başlatmak zor değildir, ancak şeytan ayrıntıda gizlidir. Kilitlenme veya geçersiz durumdaki verilere yol açabilecek evre (genellikle kilitleri kullanarak) arasındaki veri paylaşımını koordine etmeniz gerekir. Ayrıca semaforlar, koşullu değişkenler vb. Kavramları kullanarak evre arasında nasıl iletişim kuracağınızı anlamanız gerekir.

Tüm bunların avantajı, onu anladıktan sonra alttaki donanımı daha etkili bir şekilde kullanabilmenizdir. Günümüzde bir işlemcinin birden fazla çekirdeğe sahip olması normdur. Eşzamanlı programlamayı kullanarak bu çekirdeklerin sizin için çalışmasını sağlayabilirsiniz ve uygulamanız hız artışı sağlayacaktır.

Dezavantajı, uygulamanızı farklı iş parçacıklarında çalıştırılabilecek küçük parçalara nasıl ayıracağınızı düşünmeye başlamanızdır. Bu göründüğünden çok daha zor. Ayrıca, yürütme sırası daha az belirleyici olduğundan, yüksek eşzamanlı çözümler birim test için garip olabilir.

Günümüzde çoğu dil, hayatı biraz daha kolaylaştırmak için çoğu eşzamanlı ilkelden soyutlama ile gelir. Örneğin, .NET 4, hayatı biraz daha kolaylaştıran Görev Paralel Kütüphanesi ile birlikte gelir . Java ülkesinde Concurrency paketi var.

Son zamanlarda çok işlemciliğin beni kurtardığı çok ilginç bir görevim vardı. Temelde birkaç ayrı sunucuya çok fazla istek yapmak zorunda kaldım, çok az miktarda veriyle uğraştım, ancak birçok istek.

PHP ile çalışarak, eski moda şekilde işler yaptım ve birkaç saatlik çalışmadan sonra elde ettiğim en iyi zaman , belirli bir testin çalıştırılması için ~ 120 saniye oldu (birçok istek + ağ gecikmesi + zaman uyumsuz)

Ama bu, ihtiyacım olana kıyasla neredeyse yeterli değildi ve PHP'lerin çoklu işlemiyle sefil bir şekilde başarısız olduktan sonra Python'a geçtim.

Birkaç saat sonra, 20 saniyede çalışan bir Python çok işlemcili betiğim vardı ve zaman aşımları ile uğraştıktan sonra ve hayır. Kullanılacak ipliklerin sayısı ~ 10 saniyeye düştü .

Bu, 100 satırlık tek bir Python betiği dışında PHP'de% 100 yazılmış bir web sitesi içindi. Ve her şey mükemmel çalışıyor.

Sonuç olarak, günlük olarak size yardımcı olmasa bile, en azından eşzamanlı programlamanın temellerini bilmenin size büyük ölçüde yardımcı olacağı durumlarla karşılaşabilirsiniz.

İyi şanslar ve mutlu kodlama!

PS: Ben PHP bash çalışmıyorum, ama PHP sadece eldeki iş için doğru araç değildi.

PS2: Yeni bir teknoloji ya da yeni bir şeyler yapmanın bilinmesi, yepyeni bir olasılıklar dünyasına kapı açabilir.

Herhangi bir web geliştirme yaparsanız, en azından çoğu dilde eşzamanlılık devreye girer. Örneğin, web geliştirme için bahar kullanıyorum ve her yeni istek kendi iş parçacığı olarak geliyor. Bu nedenle, herhangi bir istek, durumun bir değişkeni değiştirebileceği paylaşılan bir nesneye erişirse, eşzamanlılık çok büyük bir faktördür ve dikkate alınması gerekir. Değilse, veriler öngörülemeyen şekillerde düzenlenebilir ve veri bozulması oluşabilir. Eşzamanlılık hakkında her son ayrıntıyı bilmek kritik değildir, ancak bir seferde parça öğrenmek, web uygulaması programlamasını daha iyi anlamak için önemlidir, masaüstü uygulamalarında çalışıyorsanız, belki de birden fazla iş parçacığı çalıştırmanız gerekmedikçe çok önemli değildir.

İşletim sistemleri hakkında bilgi edinin. Zamanlayıcıların ve aygıt sürücülerinin kaynak kodunun okunması yardımcı olacaktır; kesinlikle eşzamanlıdırlar.