Asinhrono programiranje: vrste, klasifikacija, principi programiranja, koncept, značenje i primjena

Asinhrono programiranje (AS) je oblik paralelnog programiranja koji omogućava strukturnoj jedinici sistema da radi odvojeno od glavnog toka aplikacije. Kada je posao završen, obavještava glavnu nit da li je posao završen ili ne. Takvo programiranje je korisno jer povećava podržani propusni opseg, što ga čini privlačnim, s obzirom na sve veću potrebu Interneta za sistemima sa visokom skalabilnošću.

Modeli asinhronog programiranja

U cilju obrade kontinuiteta rezultata neblokirajućih operacija nakon njihovog završetka, kreirani su različiti AP modeli. Njihove prednosti se procjenjuju u smislu toga koliko nam omogućavaju da pristupimo šemi najbližoj sekvencijalnoj.

Vrste AP modela:

1. Nastavak korak model-sekvencijalni korak model. Ovo je najčešće korištena asinhronija u Node JS. Svaka funkcija prima informacije o tome kako treba da rukuje rezultatom uspjeha ili greške u operaciji.
2. Model događaja-model događaja, koristi arhitekturu vođenu događajima koja omogućava neblokirajućim operacijama da prijave njihov završetak znakovima uspjeha ili neuspjeha, zahtijeva korelaciju za sinhronizaciju.
3. Model obećanja - model obećanja, objašnjen povratnim vrijednostima neblokirajućih operacija, bez obzira na vrijeme u kojem su primljene navedene vrijednosti uspjeha ili neuspjeha.
4. Model generatora-model generatora. Generatori se koriste za privremeno vraćanje kontrole u program pozivanja, a zatim povratak u potprogram vraćanjem stanja u tački u kojoj je njegovo izvršenje prekinuto.

Arhitektonski principi Node

Uprkos činjenici da je Node JS nedavno dobio oštre kritike u vezi sa upotrebom računarskih ciklusa zbog okruženja sa jednim navojem, njegova filozofija zasnovana na tri snažna arhitektonska principa ostaje tražena.

JavaScript je po prirodi asinhroan, baš kao i Node. Platforma za pokretanje JavaScript-a na strani servera, čvor.js je predstavljen 2009.godine koristeći asinhroni i/o model vođen događajima, što ga čini efikasnim i skalabilnim.

Chat je najtipičniji primer aplikacije za višekorisničke čvorove.real-time js. Počevši od IRC-a za mnoge vlasničke i otvorene protokole na nestandardnim portovima, postalo je moguće implementirati sve u modernom Noje-u.js sa WebSockets koji rade po defaultu na istom portu 80 koji sluša nove poruke koje šalju njihovi klijenti. Na klijentskoj strani nalazi se HTML stranica sa nekoliko konfigurisanih rukovodilaca, jedan za dugme "Pošalji" koje bira poruku i šalje je WebSocket-u, a drugi koji sluša poruke koje dolaze klijentu. Očigledno, ovo je jednostavan i osnovni model, ali zasnovan na drugačijoj varijansi složenosti.

Neaktivni model koji Node JS koristi u API-ju za podršku asinhronog programiranja je korak ka nastavku. Svaka neblokirajuća operacija prima funkciju kao posljednji parametar, koja uključuje logiku nastavka. Biće pozvan nakon završetka operacije, kako za obradu rezultata u slučaju uspjeha, tako i za uklanjanje grešaka. Funkcija nastavka vam omogućava da odredite operaciju blokiranja kako treba nastaviti nakon završetka operacije.

Serijska kontrola toka

Da bi se nastavili uspostavljati sekvencijalni tokovi izvršenja unutar ovog modela, potrebno je svaku narednu funkciju spojiti u lanac, kao nastavak prethodne, gdje će se rezultati obrađivati u slučaju uspjeha ili neuspjeha. To dovodi do dijagonalizacije koda, koji je nazvan piramida pakla (callback pakao), zbog nedostatka praktične upravljivosti, ako samo broj uzastopnih lanaca raste minimalno.

Paralelizacija-asinhrono izvršavanje neblokirajućih operacija događa se odmah, jer se njegov jednostavan poziv izvodi u pozadini po definiciji. Za pretvaranje operacija blokiranja u neblokirajuće, potreban je mali proces inkapsulacije koji pokreće operaciju u pozadini.

Sinhronizacija funkcija nastavka

Zahtijeva lanac na kraju svakog paralelnog niza funkcije završetka koja primjenjuje određenu logiku tek poslije, potvrđeno je da su sve paralelne grane završene. Za implementaciju ove provjere koriste se grafikoni zasnovani na kontra-bazi.

Primer uz pomoć kontinuatora:

1. Paralelizam, petlja vam omogućava da izvodite sve neblokirajuće parove čitanja i brojanja na neblokirajući način.
2. Slijed, svaki par za čitanje čita se kroz korak funkcija nastavka.
3. Sinhronizacija, svaka paralelna grana dobija poslednji nastavak, koji izvršava logiku završetka čim se obezbedi završetak svih grana.

Nastavak Biblioteke

Postoje mnoge biblioteke koje mogu pomoći pojednostavite život programera koji rade sa AP modelom. Neki od njih su povezani ne samo sa AP-om, već i sa funkcionalnom paradigmom, što je zbog činjenice da su mehanizmi za implementaciju veza, u stvari, funkcionalne prednosti.

Vrste biblioteka:

1. Async je možda najpoznatija i široko korištena biblioteka za asinhrono programiranje zasnovano na kontinuatorima. Nudi različite metode kontrole protoka za funkcije koje ne blokiraju.
2. Join je implementacija metode sinhronizacije koja se može naći na drugim jezicima, kao što je C i rad sa nitima. Takođe se može koristiti u obećanjima, iako je u ovom slučaju njegova upotreba manje relevantna.
3. Fn.js je odlična biblioteka koja implementira različite funkcionalne metode upravljanja. Njegova praktična primjenjivost u ovom kontekstu povezana je s mogućnostima koje pruža za stvaranje neblokirajućih funkcija i primjenu validacije.

Prednosti i mane

Asinhrono programiranje zasnovano na kontinuatorima dobra je opcija za situacije s jednostavnom logikom kontrole protoka. Ovo se obično odnosi na programe u Node JS koji vam omogućavaju da definišete neblokirajući odgovor na dolazne zahteve.

Prednosti modela:

1. Jednostavne šeme zahtjeva i odgovora.
2. Dosljednost sa shemama funkcionalnog programiranja.
3. Lako je razumjeti kao konceptualni mehanizam.

Mane:

1. Kada kontrolna logika nije dovoljno razvijena, proces postaje komplikovaniji, što dovodi do stvaranja koda sa distribuiranom funkcionalnom logikom koju je teško čitati, razumjeti i održavati.
2. Poteškoće u definiranju logike kontrole protoka.
3. Visoko konfigurabilni mehanizmi sinhronizacije.
4. Upravljačka logika se raspoređuje između svake neblokirajuće grane.

Model vođen događajima

Događaj je signal u poslovnom ekosistemu. Anatomski se obično sastoje od tipa, vremenske oznake i skupa podataka koji karakterišu kontekst u kojem se događaj dogodio. Arhitektura događaja (EDA) pruža mehanizam za komunikaciju između kupaca i dobavljača u odnosu 1:N i sa nominalnim razdvajanjem. Jedna od njegovih mnogih upotreba je uklanjanje problema asinhrone obrade podataka.

U centraliziranim arhitekturama vođenim događajima postoji centralni posrednički komunikacijski autobus, koji je odgovoran za osiguranje efikasnosti procesa registracije klijenata za slušanje i pokretanja obavještenja na zahtjev dobavljača. Ovaj mehanizam omogućava N: N kardinalnost, a šema se naziva pub/SUB obrazac.

U distribuiranim arhitekturama vođenim događajima, svaki provajder je odgovoran za upravljanje Pretplatom svojih korisnika i za slanje obavještenja kada se događaj dogodi. Mehanizam komunikacije je takođe nominalno odvojen, ali obično je broj provajdera i klijenata 1: N. Ova šema odgovara posmatranoj shemi ili izvorima događaja u Node JS žargonu.

Računarska Apstrakcija: Obećanje

Obećanje je računarska apstrakcija koja predstavlja obavezu od strane neblokirajuće operacije koja se poziva da pruži odgovor na program pozivanja kada se rezultat primi nakon završetka. Obećanje je objekt koji pruža dvije metode za omogućavanje logike obrade u slučaju uspjeha ili neuspjeha.

Oni upoznaju jednostavan životni ciklus koji morate znati, tako da možete raditi sa njima. Suštinska vrijednost obećanja leži u dva principa. Prvo, logika procesa u slučaju uspjeha ili neuspjeha primjenjuje se samo jednom. I drugo, garantuje se da će logika uspjeha ili neuspjeha biti ispunjena, čak i ako je obećanje riješeno prije, njegovi vozači su uvedeni. Ako je potrebno, obećanje čeka svoje rukovaoce, asinhrone JavaScript programiranje.

Postoje više načina dobijte obećanja koja se mogu prepoznati kao obrasci izgradnje koji se periodično pojavljuju kada se koristi ovaj model. ES6 definicija uključuje obećanja i čvor JS verzija 0.12 ima podršku za ovu specifikaciju. Pored toga, postoji nekoliko biblioteka koje implementiraju model promise. Da bi se imao uporedni referentni okvir, definisan je standard Promises a+, koji upravlja svim implementacijama sa objektima dostupnim u to vrijeme.

Sinhrono i asinhrono programiranje

Preporučuje se korištenje JavaScript API-ja, učitavanje za sve njegove oznake i vendorski kod iz njega. Ovo osigurava najbolju kompatibilnost sa najvećim brojem proizvođača. Ovaj plasman pruža svim oznakama dobavljača najveću priliku da završe praćenje prije nego što posjetilac pređe na sljedeću stranicu.

Sinhrono učitavanje se dešava kada pretraživač mora da prestane sa iscrtavanjem stranice da bi dovršio izvršavanje JavaScript koda. Ako otkrije sinhronu JS oznaku, blokira prikaz stranice dok se izvršavanje koda ne završi. Ovo je slično kamionu koji se sporo kreće na putu sa jednom trakom koji usporava saobraćaj iza njega. Moderne web stranice su se udaljile od ove metode jer predstavlja direktan rizik od kašnjenja učitavanja stranice.

Nedostatak ove metode je što je cijela stranica blokirana od početka do potpunog učitavanja oznake. I iako provajderi oznaka sklapaju ugovore o nivou usluge tokom perioda isporuke, nekoliko faktora može uticati na performanse. To uključuje sporo vrijeme odgovora u vezi sa dobavljačima, pokretanje nepotrebnih servera aplikacija u hibridnom modelu klijent-server i spor internet saobraćaj. Ako korisnik učitava oznake sinhrono, preporučuje se da provjerite ima li provajder vrijeme odziva od 100 milisekundi (ms) ili brže.

Programiranje sinhrone i asinhrone obrade podataka putem API-ja su interfejsi za programiranje aplikacija koji vraćaju podatke za zahtjeve odmah ili kasnije. Sinhroni i asinhroni API-i pružaju način za upućivanje trenutnih ili zakazanih zahtjeva za resursima, podacima ili uslugama kada su dostupni. Savremena metoda, prihvaćeno za web lokacije, sastoji se od asinhronog učitavanja oznaka.

U ovoj metodi, JavaScript kod se obrađuje paralelno sa ostatkom sadržaja stranice. To znači da čak i ako oznaka proizvođača sporo reaguje ili učitava, neće usporiti ostatak stranice. Koristeći ovaj pristup, ne samo da možete odvojiti JavaScript oznake učitane nezavisno jedna od druge, asinhrona metoda minimizira uticaj učitavanja eksternih JS datoteka na proces renderiranja stranice.

Razumijevanje i profiliranje C #

Microsoft i zajednica .NET je uvelike pojednostavio AP zahvaljujući implementaciji asinhronog čekanja u C #. Najnovije verzije ASP-a.NET ga aktivno koristi za poboljšanje performansi. Mnogi alati za praćenje performansi i profiliranje pokušavaju održati i vizualizirati performanse asinhronog 1C programiranja. Stackify Prefiks Proizvodi & Retrace ima odličnu podršku za aplikacije koje koriste C # async await. Prvo morate razumjeti kako kod koji koristi async awai zapravo radi" i HttpClient kao primjer.

Koristeći ILSpy, možete vidjeti kako kompajler pretvara ovaj kod u Asyncstate mašinu. Državna mašina izvršava sav složeni kod pod poklopcem, što omogućava programerima da pišu asinhroni kod.

Profilisanje asinhronog programiranja u C 5 je teško jer prelazi niti. Tradicionalno, metoda i svi pozivi na svoje metode dijete javljaju u istoj temi. Ovo olakšava razumijevanje odnosa između metoda roditelja i djeteta. Sa asinhronim kodom, to je potpuno druga priča. Roditeljska metoda se pokreće u jednoj niti. Kada započne i / o operacija, kod u ovoj temi završava. Kada je i / o operacija završena, kod nastavlja da se izvršava u novoj niti. Povezivanje koda između ovih niti, kao dio veće transakcije, prilično je teško.

AIOHTTP: klijentski server za asyncio

Aiohttp - omogućava korisnicima da kreiraju asinhrone servere i klijente. Asinhroni programski paket aiohttp radi za klijentske i serverske web utičnice. Dokumentacija iz ovog primjera aiohttp se koristi za snimanje HTML stranice.

Ovaj primjer pokazuje kako preuzeti jednu ili više datoteka, a datoteke možete preuzeti i putem programa. Specificira nekoliko novih elemenata, kao što je asynctimeout. Ovo vam omogućava da kreirate upravitelj konteksta vremenskog ograničenja. Na dnu, kod stvara asinhronu petlju za sinhronizaciju i koristi je kao glavna funkcija.

Kreirajte objekat klijentske sesije u glavnoj asinhronoj funkciji programiranja i coroutine, i coroutine funkciji koja prikuplja URL svega, šta da preuzimanje. U download coroutine-u, kreira kontekstni menadžer koji radi oko X sekundi. Nakon ovog broja sekundi X, upravitelj konteksta završava. Zatim upotrijebite funkciju get () sesije koja pronalazi objekt odgovora.

Kada programer kreira atribut sadržaja objekta odgovora, on vraća aiohttp. StreamReader, koji omogućava korisniku da učita fajl u bilo kojoj veličini. Čim se fajl pročita, biće upisan na lokalni disk. Nakon toga koriste funkciju response() da završe obradu odgovora. Prema dokumentaciji, to implicitno poziva oslobađanje(). Međutim, asinhrono Python programiranje je očigledno bolje. Bolje je napustiti ovu funkciju za sprečavanje daljih problema. Ovdje postoji jedan odjeljak koji blokira odjeljak koda koji se upisuje na disk, dok kod ostaje zaključan. Koristeći aiohttp - je li pravi način za poboljšanje toka posla, gdje korisnici ne moraju trošiti vrijeme na kreiranje servera, preuzimanje linkova i pisanje asinhronih datoteka, što skraćuje vrijeme kreiranja projekta.

Asinhrono programiranje vam omogućava da postignete veću efikasnost u softveru, jer tok izvršenja nije blokiran za duge procese ili interakciju korisnika, kako za razvoj aplikacija za Node tako i za pretraživače.