M

MLOG

العربية

أطلق العنان لقوة البرمجة المتزامنة! يقارن هذا الدليل بين تقنيات الخيوط والبرمجة غير المتزامنة، ويقدم رؤى عالمية للمطورين.

البرمجة المتزامنة: الخيوط (Threads) مقابل البرمجة غير المتزامنة (Async) – دليل عالمي شامل

في عالم اليوم المليء بالتطبيقات عالية الأداء، يعد فهم البرمجة المتزامنة أمرًا بالغ الأهمية. يسمح التزامن للبرامج بتنفيذ مهام متعددة بشكل متزامن ظاهريًا، مما يحسن الاستجابة والكفاءة العامة. يقدم هذا الدليل مقارنة شاملة بين نهجين شائعين للتزامن: الخيوط والبرمجة غير المتزامنة، مع تقديم رؤى ذات صلة بالمطورين على مستوى العالم.

ما هي البرمجة المتزامنة؟

البرمجة المتزامنة هي نموذج برمجي حيث يمكن تشغيل مهام متعددة في فترات زمنية متداخلة. هذا لا يعني بالضرورة أن المهام تعمل في نفس اللحظة بالضبط (التوازي)، بل يعني أن تنفيذها متداخل. الفائدة الرئيسية هي تحسين الاستجابة واستخدام الموارد، خاصة في التطبيقات كثيفة الإدخال/الإخراج أو الحسابية.

فكر في مطبخ مطعم. يعمل العديد من الطهاة (المهام) في وقت واحد - أحدهم يجهز الخضار، والآخر يشوي اللحم، وآخر يجمع الأطباق. كلهم يساهمون في الهدف العام المتمثل في خدمة العملاء، لكنهم لا يفعلون ذلك بالضرورة بطريقة متزامنة أو متسلسلة تمامًا. هذا يماثل التنفيذ المتزامن داخل البرنامج.

الخيوط (Threads): النهج الكلاسيكي

التعريف والأساسيات

الخيوط هي عمليات خفيفة الوزن داخل عملية تشارك نفس مساحة الذاكرة. تسمح بالتوازي الحقيقي إذا كان الجهاز الأساسي يحتوي على أنوية معالجة متعددة. لكل خيط مكدس (stack) وعداد برنامج (program counter) خاص به، مما يتيح التنفيذ المستقل للكود داخل مساحة الذاكرة المشتركة.

الخصائص الرئيسية للخيوط:

مزايا استخدام الخيوط

عيوب وتحديات استخدام الخيوط

مثال: الخيوط في جافا

توفر جافا دعمًا مدمجًا للخيوط من خلال فئة Thread وواجهة Runnable.


public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        // الكود الذي سيتم تنفيذه في الخيط
        System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getId() + " is running");
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            MyThread thread = new MyThread();
            thread.start(); // يبدأ خيطًا جديدًا ويستدعي الدالة run()
        }
    }
}

مثال: الخيوط في C#


using System;
using System.Threading;

public class Example {
    public static void Main(string[] args)
    {
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            Thread t = new Thread(new ThreadStart(MyThread));
            t.Start();
        }
    }

    public static void MyThread()
    {
        Console.WriteLine("Thread " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId + " is running");
    }
}

Async/Await: النهج الحديث

التعريف والأساسيات

Async/await هي ميزة لغوية تتيح لك كتابة كود غير متزامن بأسلوب متزامن. تم تصميمها بشكل أساسي للتعامل مع العمليات كثيفة الإدخال/الإخراج دون حظر الخيط الرئيسي، مما يحسن الاستجابة وقابلية التوسع.

المفاهيم الأساسية:

بدلاً من إنشاء خيوط متعددة، تستخدم async/await خيطًا واحدًا (أو مجموعة صغيرة من الخيوط) وحلقة أحداث للتعامل مع عمليات غير متزامنة متعددة. عند بدء عملية غير متزامنة، تعود الدالة فورًا، وتقوم حلقة الأحداث بمراقبة تقدم العملية. بمجرد اكتمال العملية، تستأنف حلقة الأحداث تنفيذ دالة async عند النقطة التي توقفت فيها.

مزايا استخدام Async/Await

عيوب وتحديات استخدام Async/Await

مثال: Async/Await في جافاسكريبت

توفر جافاسكريبت وظائف async/await للتعامل مع العمليات غير المتزامنة، خاصة مع الوعود (Promises).


async function fetchData(url) {
  try {
    const response = await fetch(url);
    const data = await response.json();
    return data;
  } catch (error) {
    console.error('خطأ في جلب البيانات:', error);
    throw error;
  }
}

async function main() {
  try {
    const data = await fetchData('https://api.example.com/data');
    console.log('البيانات:', data);
  } catch (error) {
    console.error('حدث خطأ:', error);
  }
}

main();

مثال: Async/Await في بايثون

توفر مكتبة asyncio في بايثون وظائف async/await.


import asyncio
import aiohttp

async def fetch_data(url):
    async with aiohttp.ClientSession() as session:
        async with session.get(url) as response:
            return await response.json()

async def main():
    data = await fetch_data('https://api.example.com/data')
    print(f'البيانات: {data}')

if __name__ == "__main__":
    asyncio.run(main())

الخيوط مقابل Async: مقارنة تفصيلية

فيما يلي جدول يلخص الفروق الرئيسية بين الخيوط و async/await:

الميزة الخيوط Async/Await
التوازي يحقق توازيًا حقيقيًا على المعالجات متعددة الأنوية. لا يوفر توازيًا حقيقيًا؛ يعتمد على التزامن.
حالات الاستخدام مناسب للمهام كثيفة الاستخدام لوحدة المعالجة المركزية وكثيفة الإدخال/الإخراج. مناسب بشكل أساسي للمهام كثيفة الإدخال/الإخراج.
الحمل الزائد حمل زائد أعلى بسبب إنشاء وإدارة الخيوط. حمل زائد أقل مقارنة بالخيوط.
التعقيد يمكن أن يكون معقدًا بسبب الذاكرة المشتركة ومشاكل المزامنة. أبسط في الاستخدام بشكل عام من الخيوط، ولكن لا يزال يمكن أن يكون معقدًا في سيناريوهات معينة.
الاستجابة يمكن أن يحظر الخيط الرئيسي إذا لم يتم استخدامه بعناية. يحافظ على الاستجابة من خلال عدم حظر الخيط الرئيسي.
استخدام الموارد استخدام أعلى للموارد بسبب الخيوط المتعددة. استخدام أقل للموارد مقارنة بالخيوط.
تصحيح الأخطاء يمكن أن يكون تصحيح الأخطاء تحديًا بسبب السلوك غير الحتمي. يمكن أن يكون تصحيح الأخطاء تحديًا، خاصة مع حلقات الأحداث المعقدة.
قابلية التوسع يمكن أن تكون قابلية التوسع محدودة بعدد الخيوط. أكثر قابلية للتوسع من الخيوط، خاصة لعمليات الإدخال/الإخراج.
قفل المفسر العام (GIL) يتأثر بقفل GIL في لغات مثل بايثون، مما يحد من التوازي الحقيقي. لا يتأثر بشكل مباشر بقفل GIL، حيث يعتمد على التزامن بدلاً من التوازي.

اختيار النهج الصحيح

يعتمد الاختيار بين الخيوط و async/await على المتطلبات المحددة لتطبيقك.

اعتبارات عملية:

أمثلة واقعية وحالات استخدام

الخيوط

Async/Await

أفضل الممارسات للبرمجة المتزامنة

بغض النظر عما إذا كنت تختار الخيوط أو async/await، فإن اتباع أفضل الممارسات أمر بالغ الأهمية لكتابة كود متزامن قوي وفعال.

أفضل الممارسات العامة

ممارسات خاصة بالخيوط

ممارسات خاصة بـ Async/Await

الخلاصة

البرمجة المتزامنة هي تقنية قوية لتحسين أداء واستجابة التطبيقات. يعتمد اختيارك بين الخيوط و async/await على المتطلبات المحددة لتطبيقك. توفر الخيوط توازيًا حقيقيًا للمهام كثيفة الاستخدام لوحدة المعالجة المركزية، بينما تعد async/await مناسبة تمامًا للمهام كثيفة الإدخال/الإخراج التي تتطلب استجابة عالية وقابلية للتوسع. من خلال فهم المفاضلات بين هذين النهجين واتباع أفضل الممارسات، يمكنك كتابة كود متزامن قوي وفعال.

تذكر أن تأخذ في الاعتبار لغة البرمجة التي تعمل بها، ومهارات فريقك، وقم دائمًا بتحليل وقياس أداء الكود الخاص بك لاتخاذ قرارات مستنيرة بشأن تنفيذ التزامن. يكمن نجاح البرمجة المتزامنة في النهاية في اختيار أفضل أداة للمهمة واستخدامها بفعالية.