JavaScript Concurrent Set: Oqimlar uchun Xavfsiz To'plam Operatsiyalari

An'anaviy ravishda bir oqimli til sifatida tanilgan JavaScript, tobora konkurentlik muhim bo'lgan muhitlarga kirib bormoqda. JavaScript asosan brauzerda kodni bitta oqimda bajarsa-da, Web Workerlar va Node.js worker oqimlari parallel bajarish imkonini beradi. Bu esa konkurent kirish uchun xavfsiz bo'lgan ma'lumotlar tuzilmalarini ishlab chiqishni talab qiladi. Shunday ma'lumotlar tuzilmalaridan biri Konkurent To'plam (Concurrent Set) bo'lib, u operatsiyalar davomida oqimlar xavfsizligini kafolatlaydigan standart Set'ning bir variantidir.

JavaScript-da Konkurentlikni Tushunish

Konkurent To'plamlarga sho'ng'ishdan oldin, keling, JavaScript-dagi konkurentlikni qisqacha ko'rib chiqaylik.

• Bir Oqimli Model: JavaScript-ning brauzerlardagi asosiy bajarish modeli bir oqimlidir. Bu bir vaqtning o'zida faqat bitta kod parchasi bajarilishi mumkinligini anglatadi.
• Asinxron Operatsiyalar: Bir nechta vazifalarni bir vaqtda bajarish uchun JavaScript asosan qayta chaqiruvlar (callbacks), Promise'lar va async/await yordamida asinxron operatsiyalarga tayanadi. Bu usullar haqiqiy parallellikni yaratmaydi, lekin asosiy oqimni bloklashning oldini oladi.
• Web Workerlar: Web Workerlar JavaScript kodini fon oqimlarida ishga tushirish orqali haqiqiy parallel bajarish imkonini beradi. Bu, aks holda foydalanuvchi interfeysini muzlatib qo'yishi mumkin bo'lgan hisoblash jihatidan intensiv vazifalar uchun juda muhimdir. Masalan, tasvirni qayta ishlash yoki murakkab hisob-kitoblar Web Worker'ga yuklanishi mumkin.
• Node.js Worker Oqimlari: Node.js server tomonidagi ishlash samaradorligini oshirish uchun ko'p yadroli protsessorlardan foydalanish imkonini beruvchi worker oqimlari bilan shunga o'xshash mexanizmni taqdim etadi. Bu, ayniqsa, ko'plab bir vaqtda keladigan so'rovlarni qayta ishlash uchun foydalidir.

Bir nechta oqimlar umumiy ma'lumotlarga kirganda va ularni o'zgartirganda, poyga holatlari (race conditions) yuzaga kelishi mumkin. Poyga holati operatsiya natijasi oqimlarning bajarilishining oldindan aytib bo'lmaydigan tartibiga bog'liq bo'lganda sodir bo'ladi. Bu ma'lumotlarning buzilishiga va kutilmagan xatti-harakatlarga olib kelishi mumkin. Shu sababli, oqimlar uchun xavfsiz ma'lumotlar tuzilmalari konkurent muhitlarda umumiy ma'lumotlarni boshqarish uchun zarurdir.

Konkurent To'plam Nima?

Konkurent To'plam (Concurrent Set) - bu oqimlar uchun xavfsiz operatsiyalarni ta'minlaydigan Set ma'lumotlar tuzilmasi. Bu shuni anglatadiki, bir nechta oqimlar bir vaqtning o'zida to'plamdagi elementlarni qo'shishi, olib tashlashi yoki mavjudligini tekshirishi mumkin, bu esa ma'lumotlarning buzilishiga yoki poyga holatlariga olib kelmaydi. Konkurent To'plam ortidagi asosiy g'oya - asosiy ma'lumotlar omboriga kirishni sinxronlashtirish mexanizmlarini taqdim etishdir.

Konkurent To'plamning Asosiy Xususiyatlari:

• Oqimlar uchun xavfsizlik: Bir nechta oqimlar tomonidan bir vaqtning o'zida bajarilganda ham operatsiyalarning atomik va izchil bo'lishini kafolatlaydi.
• Atomiklik: Har bir operatsiya (masalan, add, remove, has) yagona, bo'linmas birlik sifatida bajarilishini ta'minlaydi.
• Izchillik: Ma'lumotlarning buzilishini oldini olib, ma'lumotlar tuzilmasining yaxlitligini saqlaydi.
• Blokirovkasiz yoki Blokirovkaga asoslangan: Blokirovkasiz algoritmlar (ular murakkabroq, lekin potentsial jihatdan samaraliroq) yoki aniq blokirovkalar (ularni amalga oshirish osonroq, lekin ziddiyatga olib kelishi mumkin) yordamida amalga oshirilishi mumkin.

JavaScript-da Konkurent To'plamni Amalga Oshirish

JavaScript-da Konkurent To'plamni amalga oshirish umumiy xotira va atomik operatsiyalarga imkon beruvchi xususiyatlardan foydalanishni talab qiladi. Buning uchun asosiy vositalar SharedArrayBuffer va Atomics hisoblanadi.

1. SharedArrayBuffer

SharedArrayBuffer - bu bir nechta Web Workerlar yoki Node.js worker oqimlariga bir xil xotira maydoniga kirish imkonini beruvchi JavaScript obyekti. U oqimlar o'rtasida ma'lumotlarni almashish usulini taqdim etadi, bu esa konkurent ma'lumotlar tuzilmalarini yaratish uchun zarurdir.

Misol:

            // 1024 bayt hajmidagi SharedArrayBuffer yaratish
const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(1024);

            

              
                Copy
              
            
          

2. Atomics

Atomics obyekti SharedArrayBuffer-da saqlangan ma'lumotlar ustida oqimlar uchun xavfsiz operatsiyalarni bajarish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan atomik operatsiyalarni taqdim etadi. Atomik operatsiyalar bo'linmasligi kafolatlanadi, bu esa poyga holatlarining oldini oladi. Atomics obyekti SharedArrayBuffer-dagi qiymatlarni atomik tarzda o'qish, yozish va o'zgartirish usullarini taqdim etadi.

Misol:

            // SharedArrayBuffer ustida Uint32Array ko'rinishini yaratish
const atomicArray = new Uint32Array(sharedBuffer);

// 0-indeksdagi qiymatga atomik tarzda 1 qo'shish
Atomics.add(atomicArray, 0, 1);

            

              
                Copy
              
            
          

Konkurent To'plamning Konseptual Amalga Oshirilishi

Quyida SharedArrayBuffer va Atomics yordamida JavaScript-da Konkurent To'plamni qanday amalga oshirish mumkinligining konseptual rejasi keltirilgan. E'tibor bering, ishlab chiqarishga tayyor dastur to'qnashuvlarni, hajmini o'zgartirishni va samarali xotirani boshqarishni hal qilish uchun ancha murakkablikni talab qiladi.

1. Asosiy saqlash ombori: To'plam elementlarini saqlash uchun SharedArrayBuffer dan foydalaning. JavaScript to'g'ridan-to'g'ri ixtiyoriy obyektlarni turli massivda saqlashni qo'llab-quvvatlamagani uchun, sizga obyektlarni bayt ko'rinishiga va undan qayta serializatsiya/deserializatsiya qilish mexanizmi kerak bo'ladi. Umumiy usul - alohida obyektlar omboriga indeks sifatida butun sonlar massividan foydalanish.
2. Atomik operatsiyalar: Asosiy saqlash ombori ustida oqimlar uchun xavfsiz operatsiyalarni bajarish uchun Atomics operatsiyalaridan foydalaning. Masalan, to'plamga elementlarni atomik tarzda qo'shish yoki olib tashlash uchun Atomics.compareExchange dan foydalanishingiz mumkin.
3. To'qnashuvlarni bartaraf etish: Bir nechta elementlar saqlash omborida bir xil indeksga tushgan holatlarni hal qilish uchun to'qnashuvlarni hal qilish strategiyasini (masalan, alohida zanjirlash yoki ochiq adreslash) amalga oshiring.
4. Hajmini o'zgartirish: Zaruratga qarab to'plam sig'imini dinamik ravishda oshirish uchun hajmini o'zgartirish mexanizmini amalga oshiring.

Soddalashtirilgan Misol (Faqat namuna uchun - Ishlab chiqarishga tayyor emas)

Quyidagi misol soddalashtirilgan tasvirni taqdim etadi. U xotirani boshqarish, to'qnashuvlarni hal qilish va to'g'ri serializatsiya kabi muhim tafsilotlarni e'tiborsiz qoldiradi. Ushbu kodni to'g'ridan-to'g'ri ishlab chiqarish muhitida ishlatmang.

            class ConcurrentSet {
  constructor(size) {
    this.buffer = new SharedArrayBuffer(Int32Array.BYTES_PER_ELEMENT * size);
    this.data = new Int32Array(this.buffer);
    this.size = size;
    this.length = 0; // Ushbu soddalashtirilgan dasturda Atomic.add ishlatilmagan
  }

  has(value) {
    for (let i = 0; i < this.length; i++) {
      if (Atomics.load(this.data,i) === value) {
        return true;
      }
    }
    return false;
  }

  add(value) {
    if (!this.has(value) && this.length < this.size) {
      Atomics.store(this.data, this.length, value);
      this.length++;
      return true;
    }
    return false; // Yoki kerak bo'lsa hajmini o'zgartirish (murakkab)
  }
  remove(value) {
    // Soddalashtirilgan o'chirish (blokirovkasiz yoki compareExchange'siz haqiqatda atomik emas)
    for (let i = 0; i < this.length; i++) {
      if (Atomics.load(this.data, i) === value) {
        // Oxirgi element bilan almashtirish (tartib kafolatlanmagan)
        Atomics.store(this.data, i, Atomics.load(this.data,this.length -1));
        this.length--;
        return true;
      }
    }
     return false;
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Tushuntirish:

• ConcurrentSet sinfi elementlarni saqlash uchun SharedArrayBuffer-dan foydalanadi.
• has usuli element mavjudligini tekshirish uchun massiv bo'ylab aylanib chiqadi.
• add usuli, agar element mavjud bo'lmasa va bo'sh joy bo'lsa, massivga element qo'shadi.
• remove usuli elementni massivdagi oxirgi element bilan almashtiradi va 'length' qiymatini kamaytiradi.

Muhim Jihatlar:

• Serializatsiya: Ushbu soddalashtirilgan misol to'g'ridan-to'g'ri butun sonlardan foydalanadi. Murakkabroq obyektlar uchun sizga obyektlarni SharedArrayBuffer-da saqlanishi mumkin bo'lgan bayt ko'rinishiga va undan qayta o'zgartirish uchun serializatsiya/deserializatsiya mexanizmini amalga oshirishingiz kerak bo'ladi.
• To'qnashuvlarni hal qilish: Ushbu misol to'qnashuvlarni hal qilmaydi. Haqiqiy dasturda sizga to'qnashuvlarni hal qilish strategiyasi kerak bo'ladi.
• Hajmini o'zgartirish: Ushbu misol SharedArrayBuffer hajmini o'zgartirishni hal qilmaydi. SharedArrayBuffer hajmini o'zgartirish murakkab va yangi bufer yaratish hamda ma'lumotlarni nusxalashni talab qiladi.
• Blokirovka/Sinxronizatsiya: Atomics atomik operatsiyalarni ta'minlasa-da, murakkabroq operatsiyalar oqimlar xavfsizligini ta'minlash uchun aniq blokirovka mexanizmlarini (masalan, Atomics bilan amalga oshirilgan mutex yordamida) talab qilishi mumkin. Yuqoridagi oddiy remove usulida poyga holatlari mavjud.

Konkurent To'plamlar uchun Qo'llash Holatlari

Konkurent To'plamlar bir nechta oqimlar bir vaqtning o'zida ma'lumotlar to'plamiga kirishi va uni o'zgartirishi kerak bo'lgan turli stsenariylarda foydalidir. Ba'zi umumiy qo'llash holatlari quyidagilarni o'z ichiga oladi:

• Ma'lumotlarni parallel qayta ishlash: Web Workerlar yoki Node.js worker oqimlari yordamida katta hajmdagi ma'lumotlarni parallel qayta ishlashda, Konkurent To'plam oraliq natijalarni saqlash yoki qaysi elementlar allaqachon qayta ishlanganligini kuzatish uchun ishlatilishi mumkin. Masalan, taqsimlangan tasvirni qayta ishlash konveyerida, Konkurent To'plam turli workerlar tomonidan qaysi tasvir qismlari qayta ishlanganligini kuzatishi mumkin.
• Keshlashtirish: Ko'p oqimli server muhitida Konkurent To'plam oqimlar uchun xavfsiz keshni amalga oshirish uchun ishlatilishi mumkin. Bir nechta oqimlar poyga holatlariga olib kelmasdan bir vaqtning o'zida keshlangan elementlarni qo'shishi, olib tashlashi yoki mavjudligini tekshirishi mumkin.
• Dublikatlarni yo'qotish: Bir nechta manbalardan ma'lumotlar oqimini qayta ishlashda, Konkurent To'plam ma'lumotlarni samarali ravishda dublikatlardan tozalash uchun ishlatilishi mumkin. Bir nechta oqimlar bir vaqtning o'zida to'plamga elementlarni qo'shishi mumkin, bu esa faqat noyob elementlarning qayta ishlanishini ta'minlaydi.
• Haqiqiy vaqtdagi hamkorlik: Haqiqiy vaqtdagi hamkorlik dasturlarida Konkurent To'plam qaysi foydalanuvchilar hozirda onlayn ekanligini yoki qaysi hujjatlar tahrirlanayotganini kuzatish uchun ishlatilishi mumkin. Masalan, hamkorlikda matn tahrirlovchisi hozirda hujjatni tahrirlayotgan foydalanuvchilarni boshqarish uchun konkurent to'plamdan foydalanishi mumkin.

Konkurent To'plamlarga Alternativalar

Konkurent To'plamlar ba'zi stsenariylarda foydali bo'lishi mumkin bo'lsa-da, sizning maxsus ehtiyojlaringizga qarab ko'rib chiqishingiz mumkin bo'lgan boshqa alternativlar mavjud:

• O'zgarmas ma'lumotlar tuzilmalari: O'zgarmas ma'lumotlar tuzilmalari yaratilgandan so'ng o'zgartirilishi mumkin bo'lmagan ma'lumotlar tuzilmalaridir. Bu poyga holatlari ehtimolini yo'q qiladi, chunki hech bir oqim ma'lumotlar tuzilmasini o'z joyida o'zgartira olmaydi. Immutable.js kabi kutubxonalar JavaScript uchun o'zgarmas ma'lumotlar tuzilmalarini taqdim etadi. Biroq, o'zgarmas ma'lumotlar tuzilmalari odatda o'zgartirish paytida ma'lumotlarning yangi nusxalarini yaratishni talab qiladi, bu esa ishlash samaradorligiga ta'sir qilishi mumkin.
• Xabar uzatish: Oqimlar o'rtasida ma'lumotlarni to'g'ridan-to'g'ri almashish o'rniga, siz oqimlar o'rtasida ma'lumotlarni uzatish uchun xabar uzatishdan foydalanishingiz mumkin. Bu yondashuv umumiy xotira va atomik operatsiyalarga bo'lgan ehtiyojni bartaraf etadi. Web Workerlar va Node.js worker oqimlari xabar uzatish uchun o'rnatilgan mexanizmlarni taqdim etadi.
• Blokirovka mexanizmlari: Umumiy ma'lumotlarga kirishni sinxronlashtirish uchun aniq blokirovka mexanizmlaridan (masalan, mutexlar) foydalanishingiz mumkin. Biroq, blokirovka ziddiyat va o'zaro blokirovkalarga (deadlocks) olib kelishi mumkin, shuning uchun uni ehtiyotkorlik bilan ishlatish kerak. Atomics operatsiyalari yordamida blokirovkani amalga oshirish spinlock'lardan qochish va adolatlilikni ta'minlash uchun sinchkovlik bilan ko'rib chiqishni talab qiladi.

Ishlash Samaradorligi Jihatlari

Konkurent To'plamni samarali amalga oshirish ishlash samaradorligini sinchkovlik bilan ko'rib chiqishni talab qiladi. Ko'rib chiqilishi kerak bo'lgan ba'zi omillar quyidagilardan iborat:

• Ziddiyat (Contention): Bir nechta oqimlar doimiy ravishda bir xil ma'lumotlarga kirishga harakat qilganda yuqori ziddiyat yuzaga kelishi mumkin. Bu tez-tez blokirovkalarni egallash va bo'shatish tufayli ishlash samaradorligining pasayishiga olib kelishi mumkin. Ziddiyatni minimallashtirish yaxshi ishlash samaradorligiga erishish uchun juda muhimdir.
• Atomik operatsiyalar: Atomik operatsiyalar atomik bo'lmagan operatsiyalarga qaraganda ancha qimmat bo'lishi mumkin. Shuning uchun, bajariladigan atomik operatsiyalar sonini minimallashtirish muhimdir.
• Xotirani boshqarish: Samarali xotira boshqaruvi xotira sizib chiqishi va fragmentatsiyadan qochish uchun juda muhimdir.
• Ma'lumotlarning joylashuvi: Xotirada ketma-ket joylashgan ma'lumotlarga kirish odatda xotirada tarqoq joylashgan ma'lumotlarga kirishdan tezroqdir. Shuning uchun, Konkurent To'plamni loyihalashda ma'lumotlarning joylashuvini hisobga olish muhimdir.

Konkurent To'plamlardan Foydalanish bo'yicha Eng Yaxshi Amaliyotlar

JavaScript-da Konkurent To'plamlardan foydalanishda yodda tutish kerak bo'lgan ba'zi eng yaxshi amaliyotlar:

• Umumiy holatni minimallashtiring: Oqimlar o'rtasidagi umumiy holat miqdorini minimallashtirishga harakat qiling. Sizda qanchalik kam umumiy holat bo'lsa, sinxronizatsiya mexanizmlariga shunchalik kam ehtiyoj seziladi.
• Atomik operatsiyalardan oqilona foydalaning: Atomik operatsiyalardan faqat zarur bo'lganda foydalaning. Sinxronizatsiyasiz bajarilishi mumkin bo'lgan operatsiyalar uchun atomik operatsiyalardan foydalanishdan saqlaning.
• O'zgarmas ma'lumotlar tuzilmalarini ko'rib chiqing: Iloji bo'lsa, o'zgaruvchan ma'lumotlar tuzilmalari o'rniga o'zgarmas ma'lumotlar tuzilmalaridan foydalanishni ko'rib chiqing. O'zgarmas ma'lumotlar tuzilmalari poyga holatlari ehtimolini yo'q qiladi.
• Puxta sinovdan o'tkazing: Kodingiz oqimlar uchun xavfsiz ekanligiga va unda poyga holatlari yo'qligiga ishonch hosil qilish uchun uni puxta sinovdan o'tkazing. Potentsial muammolarni aniqlash uchun thread sanitizer kabi vositalardan foydalaning.
• Kodingizni profillang: Ishlashdagi zaif nuqtalarni aniqlash uchun kodingizni profillang. Konkurent To'plamingizning ishlash samaradorligini o'lchash va yaxshilash uchun sohalarni aniqlash uchun profil vositalaridan foydalaning.

Xulosa

Konkurent To'plamlar konkurent JavaScript muhitlarida umumiy ma'lumotlarni boshqarish uchun qimmatli vositadir. Konkurent To'plamni amalga oshirish oqimlar xavfsizligi, atomiklik va ishlash samaradorligini sinchkovlik bilan ko'rib chiqishni talab qilsa-da, parallel bajarishni yoqishning afzalliklari sezilarli bo'lishi mumkin. SharedArrayBuffer va Atomics-dan foydalanib, siz ko'p yadroli protsessorlardan to'liq foydalanish va JavaScript ilovalaringizning ishlash samaradorligini oshirish imkonini beruvchi oqimlar uchun xavfsiz ma'lumotlar tuzilmalarini yaratishingiz mumkin. Turli konkurentlik modellari o'rtasidagi kelishuvlarni ko'rib chiqishni va maxsus ehtiyojlaringizga eng mos keladigan yondashuvni tanlashni unutmang.

JavaScript rivojlanishda davom etar ekan va tobora ko'proq konkurent muhitlarga kirib borar ekan, Konkurent To'plamlar kabi oqimlar uchun xavfsiz ma'lumotlar tuzilmalarining ahamiyati faqat ortadi. Ushbu maqolada muhokama qilingan tamoyillar va usullarni tushunib, siz mustahkam va kengaytiriladigan konkurent JavaScript ilovalarini yaratishga yaxshi tayyor bo'lasiz.

SharedArrayBuffer va Atomics'dan to'g'ri foydalanishning murakkabliklarini kamaytirmaslik kerak. Murakkab ko'p oqimli ma'lumotlar tuzilmalarini yaratishga urinishdan oldin, konkurentlik naqshlari va o'zaro blokirovkalar (deadlocks), livelocks va xotira ziddiyatlari kabi potentsial xavflarni puxta tushunib oling. Konkurent ma'lumotlar tuzilmalariga ixtisoslashgan kutubxonalar oldindan qurilgan, yaxshi sinovdan o'tgan yechimlarni taklif qilishi mumkin, bu esa nozik xatoliklarni kiritish xavfini kamaytiradi.