JavaScript-da parallel navbat operatsiyalari: Oqim uchun xavfsiz navbat boshqaruvi

Zamonaviy veb-dasturlash olamida JavaScript-ning asinxron tabiati ham bir ne'mat, ham potentsial murakkablik manbaidir. Ilovalar talabchan bo'lib borar ekan, parallel operatsiyalarni samarali boshqarish hal qiluvchi ahamiyatga ega bo'ladi. Ushbu operatsiyalarni boshqarish uchun asosiy ma'lumotlar tuzilmalaridan biri bu navbatdir. Ushbu maqolada ma'lumotlar yaxlitligi va ilova barqarorligini ta'minlash uchun oqim uchun xavfsiz navbatni boshqarish usullariga e'tibor qaratgan holda, JavaScript-da parallel navbat operatsiyalarini amalga oshirishning nozik jihatlari ko'rib chiqiladi.

Parallellik va asinxron JavaScript-ni tushunish

JavaScript o'zining bir oqimli tabiati tufayli parallellikka erishish uchun asosan asinxron dasturlashga tayanadi. Asosiy oqimda haqiqiy parallellik to'g'ridan-to'g'ri mavjud bo'lmasa-da, asinxron operatsiyalar vazifalarni bir vaqtning o'zida bajarishga imkon beradi, bu esa foydalanuvchi interfeysining bloklanishini oldini oladi va javob berish qobiliyatini yaxshilaydi. Biroq, bir nechta asinxron operatsiyalar navbat kabi umumiy resurslar bilan to'g'ri sinxronizatsiyasiz o'zaro ta'sirga kirishishi kerak bo'lganda, poyga holatlari va ma'lumotlarning buzilishi yuzaga kelishi mumkin. Aynan shu yerda oqim uchun xavfsiz navbat boshqaruvi muhim ahamiyat kasb etadi.

Oqim uchun xavfsiz navbatlarga ehtiyoj

Oqim uchun xavfsiz navbat ma'lumotlar yaxlitligiga putur yetkazmasdan bir nechta 'oqimlar' yoki asinxron vazifalardan bir vaqtning o'zida kirishni boshqarish uchun mo'ljallangan. U navbat operatsiyalari (enqueue, dequeue, peek va boshqalar) atomar bo'lishini kafolatlaydi, ya'ni ular yagona, bo'linmas birlik sifatida bajariladi. Bu bir nechta operatsiyalar bir-biriga xalaqit beradigan poyga holatlarining oldini oladi, bu esa oldindan aytib bo'lmaydigan natijalarga olib keladi. Bir vaqtning o'zida bir nechta foydalanuvchi qayta ishlash uchun navbatga vazifalar qo'shayotgan stsenariyni ko'rib chiqing. Oqim xavfsizligisiz vazifalar yo'qolishi, takrorlanishi yoki noto'g'ri tartibda qayta ishlanishi mumkin.

JavaScript-da oddiy navbatni amalga oshirish

Oqim uchun xavfsiz implementatsiyalarga sho'ng'ishdan oldin, keling, JavaScript-dagi oddiy navbat implementatsiyasini ko'rib chiqaylik:

            class Queue {
 constructor() {
 this.items = [];
 }

 enqueue(element) {
 this.items.push(element);
 }

 dequeue() {
 if (this.isEmpty()) {
 return "Bo'shab qolgan";
 }
 return this.items.shift();
 }

 peek() {
 if (this.isEmpty()) {
 return "Navbatda elementlar yo'q";
 }
 return this.items[0];
 }

 isEmpty() {
 return this.items.length == 0;
 }

 printQueue() {
 let str = "";
 for (let i = 0; i < this.items.length; i++) {
 str += this.items[i] + " ";
 }
 return str;
 }
}

// Foydalanish misoli
let queue = new Queue();
queue.enqueue(10);
queue.enqueue(20);
queue.enqueue(30);
console.log(queue.printQueue()); // Natija: 10 20 30
console.log(queue.dequeue()); // Natija: 10
console.log(queue.peek()); // Natija: 20

            

              
                Copy
              
            
          

Ushbu oddiy implementatsiya oqim uchun xavfsiz emas. Ushbu navbatga bir vaqtning o'zida kiradigan bir nechta asinxron operatsiyalar, ayniqsa, navbatga qo'shish va undan chiqarishda poyga holatlariga olib kelishi mumkin.

JavaScript-da oqim uchun xavfsiz navbatni boshqarish yondashuvlari

JavaScript navbatlarida oqim xavfsizligiga erishish navbatning asosiy ma'lumotlar tuzilmasiga kirishni sinxronlashtirish uchun turli usullarni qo'llashni o'z ichiga oladi. Mana bir nechta keng tarqalgan yondashuvlar:

1. Async/Await yordamida Mutex (O'zaro istisno) dan foydalanish

Mutex - bu bir vaqtning o'zida faqat bitta 'oqim' yoki asinxron vazifaga umumiy resursga kirishga ruxsat beruvchi qulflash mexanizmi. Biz mutexni `async/await` kabi asinxron primitivlar va oddiy bayroq yordamida amalga oshirishimiz mumkin.

            class Mutex {
 constructor() {
 this.locked = false;
 this.queue = [];
 }

 async lock() {
 return new Promise((resolve) => {
 if (!this.locked) {
 this.locked = true;
 resolve();
 } else {
 this.queue.push(resolve);
 }
 });
 }

 unlock() {
 if (this.queue.length > 0) {
 const resolve = this.queue.shift();
 resolve();
 } else {
 this.locked = false;
 }
 }
}

class ThreadSafeQueue {
 constructor() {
 this.items = [];
 this.mutex = new Mutex();
 }

 async enqueue(element) {
 await this.mutex.lock();
 try {
 this.items.push(element);
 } finally {
 this.mutex.unlock();
 }
 }

 async dequeue() {
 await this.mutex.lock();
 try {
 if (this.isEmpty()) {
 return "Bo'shab qolgan";
 }
 return this.items.shift();
 } finally {
 this.mutex.unlock();
 }
 }

 async peek() {
 await this.mutex.lock();
 try {
 if (this.isEmpty()) {
 return "Navbatda elementlar yo'q";
 }
 return this.items[0];
 } finally {
 this.mutex.unlock();
 }
 }

 async isEmpty() {
 await this.mutex.lock();
 try {
 return this.items.length === 0;
 } finally {
 this.mutex.unlock();
 }
 }

 async printQueue() {
 await this.mutex.lock();
 try {
 let str = "";
 for (let i = 0; i < this.items.length; i++) {
 str += this.items[i] + " ";
 }
 return str;
 } finally {
 this.mutex.unlock();
 }
 }
}

// Foydalanish misoli
async function example() {
 let queue = new ThreadSafeQueue();
 await queue.enqueue(10);
 await queue.enqueue(20);
 await queue.enqueue(30);
 console.log(await queue.printQueue());
 console.log(await queue.dequeue());
 console.log(await queue.peek());
}

example();

            

              
                Copy
              
            
          

Ushbu implementatsiyada `Mutex` klassi bir vaqtning o'zida faqat bitta operatsiya `items` massiviga kira olishini ta'minlaydi. `lock()` metodi mutexni egallaydi, `unlock()` metodi esa uni bo'shatadi. `try...finally` bloki, hatto kritik bo'limda xatolik yuzaga kelgan taqdirda ham, mutex har doim bo'shatilishini kafolatlaydi. Bu tiqilinishlarning (deadlocks) oldini olish uchun juda muhimdir.

2. SharedArrayBuffer va Worker Threads yordamida Atomics-dan foydalanish

Haqiqiy parallellikni o'z ichiga olgan murakkabroq stsenariylar uchun biz `SharedArrayBuffer` va `Worker` oqimlaridan atomar operatsiyalar bilan birgalikda foydalanishimiz mumkin. Ushbu yondashuv bir nechta oqimlarga umumiy xotiraga kirishga imkon beradi, ammo ma'lumotlar poygalarini oldini olish uchun atomar operatsiyalar yordamida ehtiyotkorlik bilan sinxronizatsiya qilishni talab qiladi.

Eslatma: `SharedArrayBuffer` JavaScript kodini yetkazib beruvchi serverda ma'lum HTTP sarlavhalari (`Cross-Origin-Opener-Policy` va `Cross-Origin-Embedder-Policy`) to'g'ri o'rnatilishini talab qiladi. Agar siz buni mahalliy ravishda ishga tushirayotgan bo'lsangiz, brauzeringiz umumiy xotiraga kirishni bloklashi mumkin. Umumiy xotirani yoqish haqida batafsil ma'lumot olish uchun brauzeringiz hujjatlariga murojaat qiling.

Muhim: Quyidagi misol kontseptual namoyish bo'lib, sizning aniq foydalanish holatingizga qarab sezilarli darajada moslashtirishni talab qilishi mumkin. `SharedArrayBuffer` va `Atomics`dan to'g'ri foydalanish murakkab va ma'lumotlar poygalari va boshqa parallellik muammolarini oldini olish uchun tafsilotlarga ehtiyotkorlik bilan e'tibor berishni talab qiladi.

Asosiy oqim (main.js):

            // main.js
const worker = new Worker('worker.js');
const buffer = new SharedArrayBuffer(Int32Array.BYTES_PER_ELEMENT * 1024); // Misol: 1024 ta butun son
const queue = new Int32Array(buffer);
const headIndex = 0; // Bufferdagi birinchi element
const tailIndex = 1; // Bufferdagi ikkinchi element
const dataStartIndex = 2; // Uchinchi element va undan keyingilari navbat ma'lumotlarini saqlaydi

Atomics.store(queue, headIndex, 0);
Atomics.store(queue, tailIndex, 0);

worker.postMessage({ buffer });

// Misol: Asosiy oqimdan navbatga qo'shish
function enqueue(value) {
 let tail = Atomics.load(queue, tailIndex);
 const nextTail = (tail + 1) % (queue.length - dataStartIndex + dataStartIndex);

 // Navbat to'lganligini tekshirish (aylanib o'tish)
 let head = Atomics.load(queue, headIndex);
 if (nextTail === head) {
 console.log("Navbat to'la.");
 return;
 }

 Atomics.store(queue, dataStartIndex + tail, value); // Qiymatni saqlash
 Atomics.store(queue, tailIndex, nextTail); // "dum"ni oshirish
 console.log("Asosiy oqimdan " + value + " navbatga qo'shildi");
}

// Misol: Asosiy oqimdan navbatdan chiqarish (navbatga qo'shishga o'xshash)
function dequeue() {
 let head = Atomics.load(queue, headIndex);
 if (head === Atomics.load(queue, tailIndex)) {
 console.log("Navbat bo'sh.");
 return null;
 }

 const value = Atomics.load(queue, dataStartIndex + head);
 const nextHead = (head + 1) % (queue.length - dataStartIndex + dataStartIndex);

 Atomics.store(queue, headIndex, nextHead);
 console.log("Asosiy oqimdan " + value + " navbatdan chiqarildi");
 return value;
}

setTimeout(() => {
 enqueue(100);
 enqueue(200);
 dequeue();
}, 1000);


worker.onmessage = (event) => {
 console.log("Ishchidan xabar:", event.data);
};

            

              
                Copy
              
            
          

Ishchi oqim (worker.js):

            // worker.js
let queue;
let headIndex = 0;
let tailIndex = 1;
let dataStartIndex = 2;

self.onmessage = (event) => {
 const { buffer } = event.data;
 queue = new Int32Array(buffer);

 console.log("Ishchi SharedArrayBuffer qabul qildi");

 // Misol: Ishchi oqimdan navbatga qo'shish
 function enqueue(value) {
 let tail = Atomics.load(queue, tailIndex);
 const nextTail = (tail + 1) % (queue.length - dataStartIndex + dataStartIndex);

 // Navbat to'lganligini tekshirish (aylanib o'tish)
 let head = Atomics.load(queue, headIndex);
 if (nextTail === head) {
 console.log("Navbat to'la (ishchi).");
 return;
 }

 Atomics.store(queue, dataStartIndex + tail, value);
 Atomics.store(queue, tailIndex, nextTail);
 console.log("Ishchi oqimdan " + value + " navbatga qo'shildi");
 }

 // Misol: Ishchi oqimdan navbatdan chiqarish (navbatga qo'shishga o'xshash)
 function dequeue() {
 let head = Atomics.load(queue, headIndex);
 if (head === Atomics.load(queue, tailIndex)) {
 console.log("Navbat bo'sh (ishchi).");
 return null;
 }

 const value = Atomics.load(queue, dataStartIndex + head);
 const nextHead = (head + 1) % (queue.length - dataStartIndex + dataStartIndex);

 Atomics.store(queue, headIndex, nextHead);
 console.log("Ishchi oqimdan " + value + " navbatdan chiqarildi");
 return value;
 }

 setTimeout(() => {
 enqueue(1);
 enqueue(2);
 dequeue();
 }, 2000);

 self.postMessage("Ishchi tayyor");
};

            

              
                Copy
              
            
          

Ushbu misolda:

• `SharedArrayBuffer` navbat ma'lumotlarini va bosh/dum ko'rsatkichlarini saqlash uchun yaratiladi.
• `Worker` oqimi yaratiladi va unga `SharedArrayBuffer` uzatiladi.
• Atomar operatsiyalar (`Atomics.load`, `Atomics.store`) bosh va dum ko'rsatkichlarini o'qish va yangilash uchun ishlatiladi, bu esa operatsiyalarning atomar bo'lishini ta'minlaydi.
• `enqueue` va `dequeue` funksiyalari navbatga elementlar qo'shish va olib tashlashni, shunga mos ravishda bosh va dum ko'rsatkichlarini yangilashni boshqaradi. Joyni qayta ishlatish uchun aylanma buffer yondashuvi qo'llaniladi.

`SharedArrayBuffer` va `Atomics` uchun muhim mulohazalar:

• Hajm cheklovlari: `SharedArrayBuffer`lar hajm cheklovlariga ega. Siz navbatingiz uchun oldindan mos hajmni belgilashingiz kerak.
• Xatoliklarni qayta ishlash: Kutilmagan holatlar tufayli ilovaning ishdan chiqishini oldini olish uchun puxta xatoliklarni qayta ishlash juda muhimdir.
• Xotirani boshqarish: Xotira sizib chiqishi yoki boshqa xotira bilan bog'liq muammolarni oldini olish uchun ehtiyotkorlik bilan xotirani boshqarish zarur.
• Cross-Origin izolyatsiyasi: `SharedArrayBuffer` to'g'ri ishlashi uchun serveringiz cross-origin izolyatsiyasini yoqish uchun to'g'ri sozlanganligiga ishonch hosil qiling. Bu odatda `Cross-Origin-Opener-Policy` va `Cross-Origin-Embedder-Policy` HTTP sarlavhalarini o'rnatishni o'z ichiga oladi.

3. Xabar navbatlaridan foydalanish (masalan, Redis, RabbitMQ)

Yanada mustahkam va kengaytiriladigan yechimlar uchun Redis yoki RabbitMQ kabi maxsus xabar navbatlari tizimlaridan foydalanishni ko'rib chiqing. Ushbu tizimlar o'rnatilgan oqim xavfsizligi, doimiylik va xabarlarni yo'naltirish va ustuvorlik berish kabi ilg'or xususiyatlarni taqdim etadi. Ular odatda turli xizmatlar (mikroservislar arxitekturasi) o'rtasidagi aloqa uchun ishlatiladi, ammo fon vazifalarini boshqarish uchun bitta ilova ichida ham qo'llanilishi mumkin.

Redis va `ioredis` kutubxonasidan foydalanish misoli:

            const Redis = require('ioredis');

// Redis-ga ulanish
const redis = new Redis();

const queueName = 'my_queue';

async function enqueue(message) {
 await redis.lpush(queueName, JSON.stringify(message));
 console.log(`Navbatga qo'shilgan xabar: ${JSON.stringify(message)}`);
}

async function dequeue() {
 const message = await redis.rpop(queueName);
 if (message) {
 const parsedMessage = JSON.parse(message);
 console.log(`Navbatdan chiqarilgan xabar: ${JSON.stringify(parsedMessage)}`);
 return parsedMessage;
 } else {
 console.log('Navbat bo'sh.');
 return null;
 }
}

async function processQueue() {
 while (true) {
 const message = await dequeue();
 if (message) {
 // Xabarni qayta ishlash
 console.log(`Xabarni qayta ishlash: ${JSON.stringify(message)}`);
 } else {
 // Navbatni qayta tekshirishdan oldin qisqa muddat kutish
 await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1000));
 }
 }
}

// Foydalanish misoli
async function main() {
 await enqueue({ task: 'process_data', data: { id: 123 } });
 await enqueue({ task: 'send_email', data: { recipient: 'user@example.com' } });
 processQueue(); // Navbatni fonda qayta ishlashni boshlash
}

main();

            

              
                Copy
              
            
          

Ushbu misolda:

• Redis serveriga ulanish uchun `ioredis` kutubxonasidan foydalanamiz.
• `enqueue` funksiyasi navbatga xabarlar qo'shish uchun `lpush`dan foydalanadi.
• `dequeue` funksiyasi navbatdan xabarlarni olish uchun `rpop`dan foydalanadi.
• `processQueue` funksiyasi doimiy ravishda navbatdan xabarlarni olib, ularni qayta ishlaydi.

Redis ro'yxatni boshqarish uchun atomar operatsiyalarni taqdim etadi, bu esa uni o'z-o'zidan oqim uchun xavfsiz qiladi. Bir nechta jarayonlar yoki oqimlar ma'lumotlar buzilmasdan xabarlarni xavfsiz ravishda navbatga qo'shishi va undan chiqarishi mumkin.

To'g'ri yondashuvni tanlash

Oqim uchun xavfsiz navbatni boshqarish uchun eng yaxshi yondashuv sizning maxsus talablaringiz va cheklovlaringizga bog'liq. Quyidagi omillarni hisobga oling:

• Murakkablik: Mutexlarni bitta oqim yoki jarayon ichidagi oddiy parallellik uchun amalga oshirish nisbatan oson. `SharedArrayBuffer` va `Atomics` ancha murakkabroq va ehtiyotkorlik bilan ishlatilishi kerak. Xabar navbatlari eng yuqori darajadagi abstraktsiyani taklif qiladi va odatda murakkab stsenariylar uchun foydalanish eng osonidir.
• Samaradorlik: Mutexlar qulflash va qulfdan chiqarish tufayli qo'shimcha yuk hosil qiladi. `SharedArrayBuffer` va `Atomics` ba'zi stsenariylarda yaxshiroq samaradorlikni taklif qilishi mumkin, ammo ehtiyotkorlik bilan optimallashtirishni talab qiladi. Xabar navbatlari tarmoq kechikishi va serializatsiya/deserializatsiya yukini keltirib chiqaradi.
• Kengayuvchanlik: Mutexlar va `SharedArrayBuffer` odatda bitta jarayon yoki mashina bilan cheklanadi. Xabar navbatlari bir nechta mashinalar bo'ylab gorizontal ravishda kengaytirilishi mumkin.
• Doimiylik: Mutexlar va `SharedArrayBuffer` doimiylikni ta'minlamaydi. Redis va RabbitMQ kabi xabar navbatlari doimiylik imkoniyatlarini taklif etadi.
• Ishonchlilik: Xabar navbatlari xabarni tan olish va qayta yetkazib berish kabi xususiyatlarni taklif etadi, bu esa iste'molchi ishdan chiqqan taqdirda ham xabarlarning yo'qolmasligini ta'minlaydi.

Parallel navbatlarni boshqarish bo'yicha eng yaxshi amaliyotlar

• Kritik bo'limlarni minimallashtiring: Qarama-qarshilikni kamaytirish uchun qulflash mexanizmlaringiz (masalan, mutexlar) ichidagi kodni imkon qadar qisqa va samarali saqlang.
• Tiqilinishlardan (deadlocks) saqlaning: Ikki yoki undan ortiq oqimlar bir-birini cheksiz kutib, bloklanib qoladigan tiqilinishlarning oldini olish uchun qulflash strategiyangizni diqqat bilan ishlab chiqing.
• Xatoliklarni ohista qayta ishlang: Kutilmagan istisnolar navbat operatsiyalarini buzishining oldini olish uchun mustahkam xatoliklarni qayta ishlashni amalga oshiring.
• Navbat samaradorligini kuzatib boring: Potentsial to'siqlarni aniqlash va samaradorlikni optimallashtirish uchun navbat uzunligi, qayta ishlash vaqti va xatoliklar darajasini kuzatib boring.
• Mos ma'lumotlar tuzilmalaridan foydalaning: Agar ilovangiz maxsus navbat operatsiyalarini (masalan, ikkala uchidan elementlarni qo'shish yoki olib tashlash) talab qilsa, ikki tomonlama navbatlar (deques) kabi ixtisoslashtirilgan ma'lumotlar tuzilmalaridan foydalanishni ko'rib chiqing.
• Puxta sinovdan o'tkazing: Navbat implementatsiyangiz oqim uchun xavfsiz ekanligiga va og'ir yuk ostida to'g'ri ishlashiga ishonch hosil qilish uchun qattiq sinovlarni, shu jumladan parallellik sinovlarini o'tkazing.
• Kodingizni hujjatlashtiring: Kodingizni, shu jumladan ishlatiladigan qulflash mexanizmlari va parallellik strategiyalarini aniq hujjatlashtiring.

Global jihatlar

Global ilovalar uchun parallel navbat tizimlarini loyihalashda quyidagilarni hisobga oling:

• Vaqt zonalari: Vaqt belgilari va rejalashtirish mexanizmlari turli vaqt zonalarida to'g'ri ishlashiga ishonch hosil qiling. Vaqt belgilarini saqlash uchun UTC dan foydalaning.
• Ma'lumotlarning joylashuvi: Iloji bo'lsa, kechikishni kamaytirish uchun ma'lumotlarni ularga muhtoj bo'lgan foydalanuvchilarga yaqinroq saqlang. Geografik jihatdan taqsimlangan xabar navbatlaridan foydalanishni ko'rib chiqing.
• Tarmoq kechikishi: Tarmoq bo'ylab aylanma sayohatlarni minimallashtirish uchun kodingizni optimallashtiring. Samarali serializatsiya formatlari va siqish usullaridan foydalaning.
• Belgilar kodirovkasi: Navbat tizimingiz turli tillardagi ma'lumotlarni qabul qilish uchun keng doiradagi belgilar kodirovkalarini qo'llab-quvvatlashiga ishonch hosil qiling. UTF-8 kodirovkasidan foydalaning.
• Madaniy sezgirlik: Xabar formatlari va xatolik xabarlarini loyihalashda madaniy farqlarga e'tibor bering.

Xulosa

Oqim uchun xavfsiz navbat boshqaruvi mustahkam va kengaytiriladigan JavaScript ilovalarini yaratishning muhim jihatidir. Parallellik muammolarini tushunib, tegishli sinxronizatsiya usullarini qo'llash orqali siz ma'lumotlar yaxlitligini ta'minlashingiz va poyga holatlarining oldini olishingiz mumkin. Mutexlar, `SharedArrayBuffer` bilan atomar operatsiyalar yoki maxsus xabar navbatlari tizimlaridan foydalanishni tanlaysizmi, muvaffaqiyat uchun puxta rejalashtirish va sinchkovlik bilan sinovdan o'tkazish zarur. Ilovangizning o'ziga xos talablarini va u ishga tushiriladigan global kontekstni hisobga olishni unutmang. JavaScript rivojlanishda va yanada murakkab parallellik modellarini o'zlashtirishda davom etar ekan, ushbu usullarni o'zlashtirish yuqori samarali va ishonchli ilovalarni yaratish uchun tobora muhimroq bo'lib boradi.