Parallelizmni O'zlashtirish: Global Ilovalar Uchun JavaScript'da Oqimga Xavfsiz Trie Qurish

Bugungi o'zaro bog'langan dunyoda ilovalar nafaqat tezlikni, balki sezgirlikni va katta hajmdagi, bir vaqtda bajariladigan operatsiyalarni boshqarish qobiliyatini ham talab qiladi. An'anaviy ravishda brauzerdagi bir oqimli tabiati bilan tanilgan JavaScript sezilarli darajada rivojlanib, haqiqiy parallelizmni hal qilish uchun kuchli primitivlarni taklif qilmoqda. Ayniqsa, ko'p oqimli kontekstda katta, dinamik ma'lumotlar to'plamlari bilan ishlashda ko'pincha parallelizm muammolariga duch keladigan keng tarqalgan ma'lumotlar tuzilmalaridan biri bu Trie, shuningdek, Prefiks Daraxti sifatida ham tanilgan.

Tasavvur qiling, siz global avtomatik to'ldirish xizmatini, real vaqtdagi lug'atni yoki millionlab foydalanuvchilar yoki qurilmalar doimiy ravishda ma'lumotlarni so'raydigan va yangilaydigan dinamik IP marshrutlash jadvalini quryapsiz. Standart Trie, prefiksga asoslangan qidiruvlar uchun ajoyib darajada samarali bo'lsa-da, poyga holatlari va ma'lumotlarning buzilishiga moyil bo'lgan parallel muhitda tezda to'siqqa aylanadi. Ushbu keng qamrovli qo'llanma JavaScript Parallel Trie'ni qanday qurishni, uni SharedArrayBuffer va Atomics dan oqilona foydalanish orqali Oqimga Xavfsiz qilishni chuqur o'rganib chiqadi, bu esa global auditoriya uchun mustahkam va kengaytiriladigan yechimlarni ta'minlaydi.

Trie'larni Tushunish: Prefiksga Asoslangan Ma'lumotlar Asosi

Parallelizmning murakkabliklariga sho'ng'ishdan oldin, keling, Trie nima ekanligi va nima uchun u juda qimmatli ekanligi haqida mustahkam tushunchaga ega bo'laylik.

Trie nima?

Trie, 'retrieval' so'zidan olingan (talaffuzi "tri" yoki "tray"), bu kalitlari odatda satrlar bo'lgan dinamik to'plam yoki assotsiativ massivni saqlash uchun ishlatiladigan tartiblangan daraxt ma'lumotlar tuzilmasidir. Ikkilik qidiruv daraxtidan farqli o'laroq, uning tugunlari haqiqiy kalitni saqlaydi, Trie tugunlari esa kalitlarning qismlarini saqlaydi va tugunning daraxtdagi pozitsiyasi u bilan bog'liq kalitni belgilaydi.

• Tugunlar va Qirralar: Har bir tugun odatda bitta belgini ifodalaydi va ildizdan ma'lum bir tugungacha bo'lgan yo'l prefiksni tashkil qiladi.
• Bolalar: Har bir tugun o'z bolalariga havolalarga ega, odatda massiv yoki xaritada, bu yerda indeks/kalit ketma-ketlikdagi keyingi belgiga mos keladi.
• Terminal Bayrog'i: Tugunlar, shuningdek, o'sha tugunga olib boradigan yo'l to'liq so'zni ifodalashini ko'rsatish uchun 'terminal' yoki 'isWord' bayrog'iga ega bo'lishi mumkin.

Bu tuzilma prefiksga asoslangan operatsiyalarni juda samarali bajarishga imkon beradi, bu esa uni ma'lum foydalanish holatlari uchun xesh-jadvallar yoki ikkilik qidiruv daraxtlaridan ustun qiladi.

Trie'lar uchun keng tarqalgan foydalanish holatlari

Trie'larning satrli ma'lumotlar bilan ishlashdagi samaradorligi ularni turli ilovalarda ajralmas qiladi:

• Avtomatik to'ldirish va oldindan takliflar: Ehtimol, eng mashhur qo'llanilishi. Google kabi qidiruv tizimlari, kod muharrirlari (IDE'lar) yoki siz yozayotganingizda takliflar beradigan xabar almashish ilovalarini o'ylab ko'ring. Trie berilgan prefiks bilan boshlanadigan barcha so'zlarni tezda topa oladi.
  • Global misol: Xalqaro elektron tijorat platformasi uchun o'nlab tillarda real vaqtda, mahalliylashtirilgan avtomatik to'ldirish takliflarini taqdim etish.
• Imlo tekshirgichlar: To'g'ri yozilgan so'zlar lug'atini saqlash orqali Trie so'zning mavjudligini samarali tekshirishi yoki prefikslarga asoslangan alternativlarni taklif qilishi mumkin.
  • Global misol: Global kontent yaratish vositasida turli lingvistik kiritmalar uchun to'g'ri imloni ta'minlash.
• IP marshrutlash jadvallari: Trie'lar eng uzun prefiksga mos kelish uchun juda yaxshi, bu tarmoq marshrutlashida IP manzil uchun eng aniq yo'nalishni aniqlashda asosiy hisoblanadi.
  • Global misol: Katta xalqaro tarmoqlar bo'ylab ma'lumotlar paketlarini yo'naltirishni optimallashtirish.
• Lug'at qidiruvi: So'zlar va ularning ta'riflarini tezda qidirish.
  • Global misol: Yuz minglab so'zlar bo'ylab tez qidiruvni qo'llab-quvvatlaydigan ko'p tilli lug'at yaratish.
• Bioinformatika: DNK va RNK ketma-ketliklarida naqshlarni moslashtirish uchun ishlatiladi, bu yerda uzun satrlar keng tarqalgan.
  • Global misol: Dunyo bo'ylab tadqiqot institutlari tomonidan taqdim etilgan genomik ma'lumotlarni tahlil qilish.

JavaScript'dagi Parallelizm Muammosi

JavaScript'ning bir oqimli degan obro'si asosan uning asosiy bajarilish muhiti, xususan, veb-brauzerlarda to'g'ri keladi. Biroq, zamonaviy JavaScript parallelizmga erishish uchun kuchli mexanizmlarni taqdim etadi va shu bilan birga parallel dasturlashning klassik muammolarini keltirib chiqaradi.

JavaScript'ning Bir Oqimli Tabiati (va uning chegaralari)

Asosiy oqimdagi JavaScript dvigateli vazifalarni voqealar tsikli orqali ketma-ket qayta ishlaydi. Ushbu model veb-ishlab chiqishning ko'p jihatlarini soddalashtiradi va deadlok kabi keng tarqalgan parallelizm muammolarining oldini oladi. Biroq, hisoblash jihatidan intensiv vazifalar uchun bu UI sezgirligining pasayishiga va yomon foydalanuvchi tajribasiga olib kelishi mumkin.

Web Workers'ning Yuksalishi: Brauzerda Haqiqiy Parallelizm

Web Workers skriptlarni veb-sahifaning asosiy bajarilish oqimidan alohida, fon oqimlarida ishga tushirish imkonini beradi. Bu shuni anglatadiki, uzoq davom etadigan, CPU'ga bog'liq vazifalarni boshqa oqimga o'tkazish mumkin, bu esa UI'ning sezgir bo'lib qolishini ta'minlaydi. Ma'lumotlar odatda asosiy oqim va worker'lar o'rtasida yoki worker'larning o'zlari o'rtasida xabar uzatish modeli (postMessage()) yordamida almashinadi.

• Xabar uzatish: Ma'lumotlar oqimlar o'rtasida yuborilganda 'strukturaviy klonlanadi' (nusxalanadi). Kichik xabarlar uchun bu samarali. Biroq, millionlab tugunlarni o'z ichiga olishi mumkin bo'lgan Trie kabi katta ma'lumotlar tuzilmalari uchun butun tuzilmani qayta-qayta nusxalash juda qimmatga tushadi va parallelizmning afzalliklarini yo'qqa chiqaradi.
  • O'ylab ko'ring: Agar Trie yirik til uchun lug'at ma'lumotlarini saqlasa, uni har bir worker bilan o'zaro aloqa uchun nusxalash samarasizdir.

Muammo: O'zgaruvchan Umumiy Holat va Poyga Holatlari

Bir nechta oqimlar (Web Workers) bir xil ma'lumotlar tuzilmasiga kirish va uni o'zgartirish kerak bo'lganda va bu ma'lumotlar tuzilmasi o'zgaruvchan bo'lsa, poyga holatlari jiddiy muammoga aylanadi. Trie o'z tabiatiga ko'ra o'zgaruvchandir: so'zlar qo'shiladi, qidiriladi va ba'zan o'chiriladi. To'g'ri sinxronizatsiyasiz, parallel operatsiyalar quyidagilarga olib kelishi mumkin:

• Ma'lumotlarning buzilishi: Bir vaqtning o'zida bir xil belgi uchun yangi tugun qo'shishga harakat qilayotgan ikkita worker bir-birining o'zgarishlarini ustiga yozib yuborishi mumkin, bu esa to'liq bo'lmagan yoki noto'g'ri Trie'ga olib keladi.
• Nomuvofiq o'qishlar: Worker qisman yangilangan Trie'ni o'qishi mumkin, bu esa noto'g'ri qidiruv natijalariga olib keladi.
• Yo'qotilgan yangilanishlar: Agar boshqa worker birinchi workerning o'zgarishini tan olmasdan uning ustiga yozsa, bir workerning o'zgartirishi butunlay yo'qolishi mumkin.

Shuning uchun standart, ob'ektga asoslangan JavaScript Trie, bir oqimli kontekstda funktsional bo'lsa-da, Web Workers o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri almashish va o'zgartirish uchun mutlaqo yaroqsiz. Yechim aniq xotira boshqaruvi va atomar operatsiyalarda yotadi.

Oqim Xavfsizligiga Erishish: JavaScript'ning Parallelizm Primitivlari

Xabar uzatish cheklovlarini yengish va haqiqiy oqimga xavfsiz umumiy holatni ta'minlash uchun JavaScript kuchli past darajadagi primitivlarni taqdim etdi: SharedArrayBuffer va Atomics.

SharedArrayBuffer bilan tanishuv

SharedArrayBuffer - bu ArrayBuffer'ga o'xshash, lekin muhim farq bilan qattiq uzunlikdagi xom ikkilik ma'lumotlar buferi: uning tarkibi bir nechta Web Workers o'rtasida almashilishi mumkin. Ma'lumotlarni nusxalash o'rniga, worker'lar bir xil asosiy xotiraga to'g'ridan-to'g'ri kirishlari va uni o'zgartirishlari mumkin. Bu katta, murakkab ma'lumotlar tuzilmalari uchun ma'lumotlarni uzatish xarajatlarini yo'q qiladi.

• Umumiy xotira: SharedArrayBuffer - bu barcha belgilangan Web Workers o'qishi va yozishi mumkin bo'lgan haqiqiy xotira maydoni.
• Klonlash yo'q: SharedArrayBuffer'ni Web Worker'ga uzatganingizda, nusxa emas, balki bir xil xotira maydoniga havola uzatiladi.
• Xavfsizlik masalalari: Spectre uslubidagi potentsial hujumlar tufayli, SharedArrayBuffer maxsus xavfsizlik talablariga ega. Veb-brauzerlar uchun bu odatda Cross-Origin-Opener-Policy (COOP) va Cross-Origin-Embedder-Policy (COEP) HTTP sarlavhalarini same-origin yoki credentialless ga o'rnatishni o'z ichiga oladi. Bu global joylashtirish uchun muhim nuqtadir, chunki server konfiguratsiyalari yangilanishi kerak. Node.js muhitlari (worker_threads yordamida) brauzerga xos bo'lgan ushbu cheklovlarga ega emas.

Biroq, SharedArrayBuffer yolg'iz o'zi poyga holati muammosini hal qilmaydi. U umumiy xotirani ta'minlaydi, ammo sinxronizatsiya mexanizmlarini emas.

Atomics'ning Kuchi

Atomics - bu umumiy xotira uchun atomar operatsiyalarni ta'minlaydigan global ob'ekt. 'Atomar' degani, operatsiya boshqa har qanday oqim tomonidan to'xtatilmasdan to'liq bajarilishi kafolatlanganligini anglatadi. Bu bir nechta worker'lar SharedArrayBuffer ichidagi bir xil xotira manzillariga kirganda ma'lumotlar yaxlitligini ta'minlaydi.

Parallel Trie qurish uchun muhim bo'lgan asosiy Atomics usullari quyidagilardan iborat:

• Atomics.load(typedArray, index): SharedArrayBuffer bilan ta'minlangan TypedArray'dagi belgilangan indeksdagi qiymatni atomar ravishda yuklaydi.
  • Foydalanish: Tugun xususiyatlarini (masalan, bola ko'rsatkichlari, belgi kodlari, terminal bayroqlari) aralashuvsiz o'qish uchun.
• Atomics.store(typedArray, index, value): Qiymatni belgilangan indeksda atomar ravishda saqlaydi.
  • Foydalanish: Yangi tugun xususiyatlarini yozish uchun.
• Atomics.add(typedArray, index, value): Belgilangan indeksdagi mavjud qiymatga qiymatni atomar ravishda qo'shadi va eski qiymatni qaytaradi. Hisoblagichlar uchun foydali (masalan, havola sonini yoki 'keyingi mavjud xotira manzili' ko'rsatkichini oshirish).
• Atomics.compareExchange(typedArray, index, expectedValue, replacementValue): Bu, ehtimol, parallel ma'lumotlar tuzilmalari uchun eng kuchli atomar operatsiyadir. U index'dagi qiymat expectedValue'ga mos kelishini atomar ravishda tekshiradi. Agar mos kelsa, u qiymatni replacementValue bilan almashtiradi va eski qiymatni (ya'ni expectedValue bo'lgan) qaytaradi. Agar mos kelmasa, hech qanday o'zgarish bo'lmaydi va u index'dagi haqiqiy qiymatni qaytaradi.
  • Foydalanish: Qulflarni (spinloklar yoki myutekslar), optimistik parallelizmni amalga oshirish yoki o'zgartirish faqat holat kutilganidek bo'lganda sodir bo'lishini ta'minlash. Bu yangi tugunlarni yaratish yoki ko'rsatkichlarni xavfsiz yangilash uchun juda muhim.
• Atomics.wait(typedArray, index, value, [timeout]) va Atomics.notify(typedArray, index, [count]): Bular yanada rivojlangan sinxronizatsiya naqshlari uchun ishlatiladi, bu esa worker'larga ma'lum bir shartni kutib bloklanishiga, keyin esa u o'zgarganda xabardor qilinishiga imkon beradi. Ishlab chiqaruvchi-iste'molchi naqshlari yoki murakkab qulflash mexanizmlari uchun foydali.

SharedArrayBuffer'ning umumiy xotira uchun va Atomics'ning sinxronizatsiya uchun sinergiyasi bizning Parallel Trie kabi murakkab, oqimga xavfsiz ma'lumotlar tuzilmalarini JavaScript'da qurish uchun zarur bo'lgan asosni ta'minlaydi.

SharedArrayBuffer va Atomics bilan Parallel Trie Loyihalash

Parallel Trie qurish shunchaki ob'ektga yo'naltirilgan Trie'ni umumiy xotira tuzilmasiga tarjima qilish emas. Bu tugunlarning qanday ifodalanishi va operatsiyalarning qanday sinxronlashtirilishiga fundamental yondashuvni o'zgartirishni talab qiladi.

Arxitektura Mulohazalari

Trie Tuzilmasini SharedArrayBuffer'da Ifodalash

To'g'ridan-to'g'ri havolalarga ega JavaScript ob'ektlari o'rniga, bizning Trie tugunlarimiz SharedArrayBuffer ichidagi uzluksiz xotira bloklari sifatida ifodalanishi kerak. Bu degani:

• Chiziqli Xotira Ajratish: Biz odatda bitta SharedArrayBuffer'dan foydalanamiz va uni qattiq o'lchamdagi 'slot'lar yoki 'sahifalar'ning katta massivi sifatida ko'rib chiqamiz, bu yerda har bir slot Trie tugunini ifodalaydi.
• Tugun Ko'rsatkichlari Indeks Sifatida: Boshqa ob'ektlarga havolalarni saqlash o'rniga, bola ko'rsatkichlari bir xil SharedArrayBuffer ichidagi boshqa tugunning boshlang'ich pozitsiyasiga ishora qiluvchi raqamli indekslar bo'ladi.
• Qattiq O'lchamdagi Tugunlar: Xotira boshqaruvini soddalashtirish uchun har bir Trie tuguni oldindan belgilangan miqdordagi baytlarni egallaydi. Bu qattiq o'lcham uning belgisini, bola ko'rsatkichlarini va terminal bayrog'ini sig'diradi.

Keling, SharedArrayBuffer ichidagi soddalashtirilgan tugun tuzilmasini ko'rib chiqaylik. Har bir tugun butun sonlar massivi bo'lishi mumkin (masalan, Int32Array yoki Uint32Array ko'rinishlari SharedArrayBuffer ustida), bu yerda:

• Indeks 0: `characterCode` (masalan, bu tugun ifodalaydigan belgining ASCII/Unicode qiymati, yoki ildiz uchun 0).
• Indeks 1: `isTerminal` (yolg'on uchun 0, rost uchun 1).
• Indeks 2 dan N gacha: `children[0...25]` (yoki kengroq belgilar to'plamlari uchun ko'proq), bu yerda har bir qiymat SharedArrayBuffer ichidagi bola tuguniga indeks, yoki agar bu belgi uchun bola mavjud bo'lmasa, 0.
• Buferning biror joyida (yoki tashqi tomondan boshqariladigan) yangi tugunlarni ajratish uchun `nextFreeNodeIndex` ko'rsatkichi.

Misol: Agar tugun 30 ta `Int32` slotini egallasa va bizning SharedArrayBuffer'imiz `Int32Array` sifatida ko'rilsa, `i` indeksidagi tugun `i * 30`'da boshlanadi.

Bo'sh Xotira Bloklarini Boshqarish

Yangi tugunlar qo'shilganda, biz joy ajratishimiz kerak. Oddiy yondashuv - SharedArrayBuffer'dagi keyingi mavjud bo'sh slotga ko'rsatkichni saqlab turish. Bu ko'rsatkichning o'zi ham atomar ravishda yangilanishi kerak.

Oqimga Xavfsiz Qo'shishni Amalga Oshirish (`insert` operatsiyasi)

Qo'shish eng murakkab operatsiyadir, chunki u Trie tuzilmasini o'zgartirishni, potentsial ravishda yangi tugunlar yaratishni va ko'rsatkichlarni yangilashni o'z ichiga oladi. Bu yerda Atomics.compareExchange() izchillikni ta'minlash uchun juda muhim bo'ladi.

Keling, "apple" kabi so'zni qo'shish uchun qadamlarni ko'rib chiqaylik:

Oqimga Xavfsiz Qo'shish uchun Konseptual Qadamlar:

1. Ildizdan Boshlash: Ildiz tugunidan (0-indeksda) harakatlanishni boshlang. Ildiz odatda o'z-o'zidan belgini ifodalamaydi.
2. Belgi Bo'yicha Harakatlanish: So'zdagi har bir belgi uchun (masalan, 'a', 'p', 'p', 'l', 'e'):
   1. Bola Indeksini Aniqlash: Joriy tugunning bola ko'rsatkichlari ichida joriy belgiga mos keladigan indeksni hisoblang (masalan, `children[char.charCodeAt(0) - 'a'.charCodeAt(0)]`).
   2. Bola Ko'rsatkichini Atomar Yuklash: Potentsial bola tugunining boshlang'ich indeksini olish uchun Atomics.load(typedArray, current_node_child_pointer_index) dan foydalaning.
   3. Bolaning Mavjudligini Tekshirish:
      • Agar yuklangan bola ko'rsatkichi 0 bo'lsa (bola mavjud emas): Bu yerda biz yangi tugun yaratishimiz kerak.
        1. Yangi Tugun Indeksini Ajratish: Yangi tugun uchun yangi noyob indeksni atomar ravishda oling. Bu odatda 'keyingi mavjud tugun' hisoblagichini atomar ravishda oshirishni o'z ichiga oladi (masalan, `newNodeIndex = Atomics.add(typedArray, NEXT_FREE_NODE_INDEX_OFFSET, NODE_SIZE)`). Qaytarilgan qiymat oshirishdan oldingi *eski* qiymat bo'lib, bu bizning yangi tugunimizning boshlang'ich manzilidir.
        2. Yangi Tugunni Initsializatsiya Qilish: Yangi ajratilgan tugunning xotira maydoniga belgi kodini va `isTerminal = 0` ni `Atomics.store()` yordamida yozing.
        3. Yangi Tugunni Bog'lashga Urinish: Bu oqim xavfsizligi uchun eng muhim qadamdir. Atomics.compareExchange(typedArray, current_node_child_pointer_index, 0, newNodeIndex) dan foydalaning.
           • Agar compareExchange 0 qaytarsa (ya'ni biz uni bog'lashga harakat qilganimizda bola ko'rsatkichi haqiqatan ham 0 bo'lgan bo'lsa), unda bizning yangi tugunimiz muvaffaqiyatli bog'landi. Yangi tugunga `current_node` sifatida o'ting.
           • Agar compareExchange noldan farqli qiymat qaytarsa (bu orada boshqa worker ushbu belgi uchun tugunni muvaffaqiyatli bog'laganini anglatadi), demak bizda to'qnashuv bor. Biz o'zimiz yaratgan yangi tugunni *bekor qilamiz* (yoki agar biz pulni boshqarayotgan bo'lsak, uni bo'sh ro'yxatga qaytaramiz) va uning o'rniga compareExchange tomonidan qaytarilgan indeksni `current_node` sifatida ishlatamiz. Biz amalda poygani yutqazamiz va g'olib tomonidan yaratilgan tugundan foydalanamiz.
      • Agar yuklangan bola ko'rsatkichi noldan farqli bo'lsa (bola allaqachon mavjud): Shunchaki `current_node` ni yuklangan bola indeksiga o'rnating va keyingi belgiga o'ting.
3. Terminal Sifatida Belgilash: Barcha belgilar qayta ishlanganidan so'ng, oxirgi tugunning `isTerminal` bayrog'ini Atomics.store() yordamida atomar ravishda 1 ga o'rnating.

Atomics.compareExchange() bilan bu optimistik qulflash strategiyasi juda muhim. Aniq myutekslardan foydalanish o'rniga (buni `Atomics.wait`/`notify` qurishga yordam berishi mumkin), bu yondashuv o'zgarish qilishga harakat qiladi va faqat ziddiyat aniqlanganda orqaga qaytadi yoki moslashadi, bu esa uni ko'plab parallel stsenariylar uchun samarali qiladi.

Qo'shish uchun tasviriy (soddalashtirilgan) psevdokod:

const NODE_SIZE = 30; // Misol: 2 ta metadata uchun + 28 ta bolalar uchun
const CHARACTER_CODE_OFFSET = 0;
const IS_TERMINAL_OFFSET = 1;
const CHILDREN_OFFSET = 2;
const NEXT_FREE_NODE_INDEX_OFFSET = 0; // Buferning eng boshida saqlanadi

// 'sharedBuffer' SharedArrayBuffer ustidagi Int32Array ko'rinishi deb faraz qilamiz
function insertWord(word, sharedBuffer) {
    let currentNodeIndex = NODE_SIZE; // Ildiz tuguni bo'sh ko'rsatkichdan keyin boshlanadi

    for (let i = 0; i < word.length; i++) {
        const charCode = word.charCodeAt(i);
        const childIndexInNode = charCode - 'a'.charCodeAt(0) + CHILDREN_OFFSET;
        const childPointerOffset = currentNodeIndex + childIndexInNode;

        let nextNodeIndex = Atomics.load(sharedBuffer, childPointerOffset);

        if (nextNodeIndex === 0) {
            // Bola tugun mavjud emas, yangisini yaratishga harakat qilamiz
            const allocatedNodeIndex = Atomics.add(sharedBuffer, NEXT_FREE_NODE_INDEX_OFFSET, NODE_SIZE);

            // Yangi tugunni ishga tushirish
            Atomics.store(sharedBuffer, allocatedNodeIndex + CHARACTER_CODE_OFFSET, charCode);
            Atomics.store(sharedBuffer, allocatedNodeIndex + IS_TERMINAL_OFFSET, 0);
            // Barcha bola tugun ko'rsatkichlari sukut bo'yicha 0 ga teng
            for (let k = 0; k < NODE_SIZE - CHILDREN_OFFSET; k++) {
                Atomics.store(sharedBuffer, allocatedNodeIndex + CHILDREN_OFFSET + k, 0);
            }

            // Yangi tugunimizni atomar ravishda bog'lashga harakat qilamiz
            const actualOldValue = Atomics.compareExchange(sharedBuffer, childPointerOffset, 0, allocatedNodeIndex);

            if (actualOldValue === 0) {
                // Tugunimiz muvaffaqiyatli bog'landi, davom etamiz
                nextNodeIndex = allocatedNodeIndex;
            } else {
                // Boshqa worker tugun bog'ladi; uning tugunidan foydalanamiz. Biz ajratgan tugun endi ishlatilmaydi.
                // Haqiqiy tizimda bu yerda bo'sh ro'yxatni yanada ishonchli boshqargan bo'lar edingiz.
                // Oddiylik uchun biz shunchaki g'olibning tugunidan foydalanamiz.
                nextNodeIndex = actualOldValue;
            }
        }
        currentNodeIndex = nextNodeIndex;
    }
    // Oxirgi tugunni terminal sifatida belgilash
    Atomics.store(sharedBuffer, currentNodeIndex + IS_TERMINAL_OFFSET, 1);
}

Oqimga Xavfsiz Qidiruvni Amalga Oshirish (`search` va `startsWith` operatsiyalari)

So'zni qidirish yoki berilgan prefiks bilan barcha so'zlarni topish kabi o'qish operatsiyalari odatda soddaroq, chunki ular tuzilmani o'zgartirishni o'z ichiga olmaydi. Biroq, ular baribir izchil, yangilangan qiymatlarni o'qishlarini ta'minlash va parallel yozuvlardan qisman o'qishlardan qochish uchun atomar yuklashlardan foydalanishlari kerak.

Oqimga Xavfsiz Qidiruv uchun Konseptual Qadamlar:

1. Ildizdan Boshlash: Ildiz tugunidan boshlang.
2. Belgi Bo'yicha Harakatlanish: Qidiruv prefiksidagi har bir belgi uchun:
   1. Bola Indeksini Aniqlash: Belgi uchun bola ko'rsatkichining ofsetini hisoblang.
   2. Bola Ko'rsatkichini Atomar Yuklash: Atomics.load(typedArray, current_node_child_pointer_index) dan foydalaning.
   3. Bolaning Mavjudligini Tekshirish: Agar yuklangan ko'rsatkich 0 bo'lsa, so'z/prefiks mavjud emas. Chiqish.
   4. Bolaga O'tish: Agar u mavjud bo'lsa, `current_node` ni yuklangan bola indeksiga yangilang va davom eting.
3. Yakuniy Tekshiruv (`search` uchun): Butun so'z bo'ylab harakatlanib bo'lgach, oxirgi tugunning `isTerminal` bayrog'ini atomar ravishda yuklang. Agar u 1 bo'lsa, so'z mavjud; aks holda, u shunchaki prefiksdir.
4. `startsWith` uchun: Erishilgan oxirgi tugun prefiksning oxirini ifodalaydi. Bu tugundan uning quyi daraxtidagi barcha terminal tugunlarni topish uchun chuqurlik bo'yicha qidirish (DFS) yoki kenglik bo'yicha qidirish (BFS) boshlanishi mumkin (atomar yuklashlar yordamida).

O'qish operatsiyalari asosiy xotiraga atomar ravishda kirilsa, o'z-o'zidan xavfsizdir. Yozish paytidagi `compareExchange` mantig'i hech qachon yaroqsiz ko'rsatkichlar o'rnatilmasligini ta'minlaydi va yozish paytidagi har qanday poyga izchil (garchi bir worker uchun biroz kechikishi mumkin bo'lsa ham) holatga olib keladi.

Qidiruv uchun tasviriy (soddalashtirilgan) psevdokod:

function searchWord(word, sharedBuffer) {
    let currentNodeIndex = NODE_SIZE;

    for (let i = 0; i < word.length; i++) {
        const charCode = word.charCodeAt(i);
        const childIndexInNode = charCode - 'a'.charCodeAt(0) + CHILDREN_OFFSET;
        const childPointerOffset = currentNodeIndex + childIndexInNode;

        const nextNodeIndex = Atomics.load(sharedBuffer, childPointerOffset);

        if (nextNodeIndex === 0) {
            return false; // Belgilar yo'li mavjud emas
        }
        currentNodeIndex = nextNodeIndex;
    }
    // Oxirgi tugun terminal so'z ekanligini tekshirish
    return Atomics.load(sharedBuffer, currentNodeIndex + IS_TERMINAL_OFFSET) === 1;
}

Oqimga Xavfsiz O'chirishni Amalga Oshirish (Ilg'or)

O'chirish parallel umumiy xotira muhitida ancha qiyinroq. Sodda o'chirish quyidagilarga olib kelishi mumkin:

• Osilib Qolgan Ko'rsatkichlar: Agar bir worker tugunni o'chirayotganda boshqasi unga qarab harakatlanayotgan bo'lsa, harakatlanayotgan worker yaroqsiz ko'rsatkichga ergashishi mumkin.
• Nomuvofiq Holat: Qisman o'chirishlar Trie'ni yaroqsiz holatda qoldirishi mumkin.
• Xotira Fragmentatsiyasi: O'chirilgan xotirani xavfsiz va samarali qayta tiklash murakkab.

O'chirishni xavfsiz boshqarish uchun keng tarqalgan strategiyalar quyidagilardan iborat:

• Mantiqiy O'chirish (Belgilash): Tugunlarni jismonan olib tashlash o'rniga, `isDeleted` bayrog'ini atomar ravishda o'rnatish mumkin. Bu parallelizmni soddalashtiradi, lekin ko'proq xotira ishlatadi.
• Havolalarni Hisoblash / Chiqindilarni Yig'ish: Har bir tugun atomar havola sonini saqlashi mumkin. Tugunning havola soni nolga tushganda, u haqiqatan ham olib tashlash uchun yaroqli bo'ladi va uning xotirasi qayta tiklanishi mumkin (masalan, bo'sh ro'yxatga qo'shiladi). Bu ham havola sonlarini atomar yangilashni talab qiladi.
• O'qish-Nusxalash-Yangilash (RCU): Juda yuqori o'qish, past yozish stsenariylari uchun yozuvchilar Trie'ning o'zgartirilgan qismining yangi versiyasini yaratishi va tugagach, yangi versiyaga ko'rsatkichni atomar ravishda almashtirishi mumkin. O'qishlar almashtirish tugaguncha eski versiyada davom etadi. Buni Trie kabi granulyar ma'lumotlar tuzilmasi uchun amalga oshirish murakkab, ammo kuchli izchillik kafolatlarini taklif qiladi.

Ko'pgina amaliy ilovalar uchun, ayniqsa yuqori o'tkazuvchanlikni talab qiladiganlar uchun, keng tarqalgan yondashuv Trie'larni faqat qo'shish uchun qilish yoki mantiqiy o'chirishdan foydalanish, murakkab xotirani qayta tiklashni kamroq muhim vaqtlarga qoldirish yoki uni tashqi tomondan boshqarishdir. Haqiqiy, samarali va atomar jismoniy o'chirishni amalga oshirish parallel ma'lumotlar tuzilmalarida tadqiqot darajasidagi muammodir.

Amaliy Mulohazalar va Unumdorlik

Parallel Trie qurish nafaqat to'g'rilik haqida, balki amaliy unumdorlik va qo'llab-quvvatlanuvchanlik haqida hamdir.

Xotira Boshqaruvi va Qo'shimcha Xarajatlar

• `SharedArrayBuffer` Initsializatsiyasi: Bufer etarli darajada katta hajmda oldindan ajratilishi kerak. Tugunlarning maksimal sonini va ularning qattiq o'lchamini taxmin qilish juda muhim. SharedArrayBuffer'ni dinamik ravishda o'zgartirish oson emas va ko'pincha yangi, kattaroq bufer yaratish va tarkibni nusxalashni o'z ichiga oladi, bu esa uzluksiz ishlash uchun umumiy xotiraning maqsadini yo'qqa chiqaradi.
• Joy Samaradorligi: Qattiq o'lchamdagi tugunlar, xotira ajratish va ko'rsatkichlar arifmetikasini soddalashtirsa-da, agar ko'plab tugunlar siyrak bola to'plamlariga ega bo'lsa, xotira jihatidan kamroq samarali bo'lishi mumkin. Bu soddalashtirilgan parallel boshqaruv uchun qilingan murosadir.
• Qo'lda Chiqindilarni Yig'ish: SharedArrayBuffer ichida avtomatik chiqindilarni yig'ish yo'q. O'chirilgan tugunlarning xotirasi xotira oqishi va fragmentatsiyasini oldini olish uchun ko'pincha bo'sh ro'yxat orqali aniq boshqarilishi kerak. Bu sezilarli murakkablik qo'shadi.

Unumdorlikni O'lchash

Qachon Parallel Trie'ni tanlash kerak? Bu barcha vaziyatlar uchun universal yechim emas.

• Bir Oqimli va Ko'p Oqimli: Kichik ma'lumotlar to'plamlari yoki past parallelizm uchun, Web Worker aloqasini sozlash va atomar operatsiyalarning qo'shimcha xarajatlari tufayli asosiy oqimdagi standart ob'ektga asoslangan Trie hali ham tezroq bo'lishi mumkin.
• Yuqori Parallel Yozish/O'qish Operatsiyalari: Parallel Trie katta ma'lumotlar to'plami, yuqori hajmdagi parallel yozish operatsiyalari (qo'shish, o'chirish) va ko'plab parallel o'qish operatsiyalari (qidiruvlar, prefiks qidiruvlari) mavjud bo'lganda o'zini ko'rsatadi. Bu og'ir hisoblashlarni asosiy oqimdan olib tashlaydi.
• `Atomics` Qo'shimcha Xarajatlari: Atomar operatsiyalar, to'g'rilik uchun muhim bo'lsa-da, odatda atomar bo'lmagan xotira kirishlaridan sekinroq. Afzalliklar alohida operatsiyalarning tezroq bo'lishidan emas, balki bir nechta yadrolarda parallel bajarilishidan kelib chiqadi. Parallel tezlashuv atomar xarajatlardan ustun kelishini aniqlash uchun o'zingizning maxsus foydalanish holatingizni o'lchash juda muhim.

Xatolarni Boshqarish va Mustahkamlik

Parallel dasturlarni disk raskadrovka qilish juda qiyin. Poyga holatlari topilmas va deterministik bo'lmasligi mumkin. Keng qamrovli testlash, shu jumladan ko'plab parallel worker'lar bilan stress-testlar o'tkazish muhim ahamiyatga ega.

• Qayta Urinishlar: `compareExchange` kabi operatsiyalarning muvaffaqiyatsizligi boshqa worker u yerga birinchi bo'lib yetib kelganini anglatadi. Sizning mantig'ingiz, qo'shish psevdokodida ko'rsatilganidek, qayta urinishga yoki moslashishga tayyor bo'lishi kerak.
• Taym-autlar: Murakkabroq sinxronizatsiyada, `Atomics.wait` agar `notify` hech qachon kelmasa, deadloklarning oldini olish uchun taym-aut olishi mumkin.

Brauzer va Muhit Qo'llab-quvvatlashi

• Web Workers: Zamonaviy brauzerlarda va Node.js'da (`worker_threads`) keng qo'llab-quvvatlanadi.
• `SharedArrayBuffer` & `Atomics`: Barcha yirik zamonaviy brauzerlarda va Node.js'da qo'llab-quvvatlanadi. Biroq, yuqorida aytib o'tilganidek, brauzer muhitlari xavfsizlik muammolari tufayli `SharedArrayBuffer`'ni yoqish uchun maxsus HTTP sarlavhalarini (COOP/COEP) talab qiladi. Bu global miqyosga erishishni maqsad qilgan veb-ilovalar uchun muhim joylashtirish detali.
  • Global Ta'sir: Dunyo bo'ylab server infratuzilmangiz ushbu sarlavhalarni to'g'ri yuborish uchun sozlanganligiga ishonch hosil qiling.

Foydalanish Holatlari va Global Ta'siri

JavaScript'da oqimga xavfsiz, parallel ma'lumotlar tuzilmalarini yaratish qobiliyati, ayniqsa global foydalanuvchi bazasiga xizmat ko'rsatadigan yoki katta hajmdagi taqsimlangan ma'lumotlarni qayta ishlaydigan ilovalar uchun cheksiz imkoniyatlar dunyosini ochadi.

• Global Qidiruv va Avtomatik To'ldirish Platformalari: Xalqaro qidiruv tizimini yoki elektron tijorat platformasini tasavvur qiling, u turli tillar va belgilar to'plamlari bo'yicha mahsulot nomlari, joylashuvlar va foydalanuvchi so'rovlari uchun o'ta tez, real vaqtda avtomatik to'ldirish takliflarini taqdim etishi kerak. Web Workers'dagi Parallel Trie katta hajmdagi parallel so'rovlarni va dinamik yangilanishlarni (masalan, yangi mahsulotlar, trenddagi qidiruvlar) asosiy UI oqimini sekinlashtirmasdan boshqara oladi.
• Taqsimlangan Manbalardan Real Vaqtda Ma'lumotlarni Qayta Ishlash: Turli qit'alardagi sensorlardan ma'lumotlarni yig'adigan IoT ilovalari yoki turli birjalardan bozor ma'lumotlari oqimlarini qayta ishlaydigan moliyaviy tizimlar uchun Parallel Trie satrga asoslangan ma'lumotlar oqimlarini (masalan, qurilma ID'lari, aksiya belgilari) tezda indekslashi va so'rashi mumkin, bu esa bir nechta qayta ishlash quvurlariga umumiy ma'lumotlar ustida parallel ishlash imkonini beradi.
• Hamkorlikda Tahrirlash va IDE'lar: Onlayn hamkorlikdagi hujjat muharrirlari yoki bulutga asoslangan IDE'larda umumiy Trie real vaqtda sintaksisni tekshirish, kodni to'ldirish yoki imloni tekshirishni quvvatlantirishi mumkin, bu esa turli vaqt zonalaridagi bir nechta foydalanuvchilar o'zgartirishlar kiritganda darhol yangilanadi. Umumiy Trie barcha faol tahrirlash seanslariga izchil ko'rinishni ta'minlaydi.
• O'yinlar va Simulyatsiya: Brauzerga asoslangan ko'p o'yinchi o'yinlari uchun Parallel Trie o'yin ichidagi lug'at qidiruvlarini (so'z o'yinlari uchun), o'yinchi nomlari indekslarini yoki hatto umumiy dunyo holatidagi AI yo'l topish ma'lumotlarini boshqarishi mumkin, bu esa barcha o'yin oqimlarining sezgir o'yin uchun izchil ma'lumotlarda ishlashini ta'minlaydi.
• Yuqori Unumdorlikka Ega Tarmoq Ilovalari: Garchi ko'pincha ixtisoslashgan uskunalar yoki past darajadagi tillar tomonidan boshqarilsa-da, JavaScript-ga asoslangan server (Node.js) dinamik marshrutlash jadvallarini yoki protokolni tahlil qilishni samarali boshqarish uchun Parallel Trie'dan foydalanishi mumkin, ayniqsa moslashuvchanlik va tezkor joylashtirish ustuvor bo'lgan muhitlarda.

Ushbu misollar, hisoblash jihatidan intensiv satr operatsiyalarini fon oqimlariga o'tkazish, shu bilan birga Parallel Trie orqali ma'lumotlar yaxlitligini saqlab qolish, global talablarga duch keladigan ilovalarning sezgirligi va kengaytirilishini qanday keskin yaxshilashi mumkinligini ko'rsatadi.

JavaScript'da Parallelizmning Kelajagi

JavaScript parallelizmi landshafti doimiy ravishda rivojlanmoqda:

• WebAssembly va Umumiy Xotira: WebAssembly modullari ham SharedArrayBuffer'larda ishlay oladi, ko'pincha CPU'ga bog'liq vazifalar uchun yanada nozikroq boshqaruv va potentsial yuqori unumdorlikni ta'minlaydi, shu bilan birga JavaScript Web Workers bilan o'zaro aloqada bo'lish qobiliyatini saqlab qoladi.
• JavaScript Primitivlaridagi Keyingi Yutuqlar: ECMAScript standarti parallelizm primitivlarini o'rganishni va takomillashtirishni davom ettirmoqda, bu esa umumiy parallel naqshlarni soddalashtiradigan yuqori darajadagi abstraktsiyalarni taklif qilishi mumkin.
• Kutubxonalar va Freymvorklar: Ushbu past darajadagi primitivlar yetuklashgan sari, SharedArrayBuffer va Atomics'ning murakkabliklarini abstraktlashtiradigan kutubxonalar va freymvorklar paydo bo'lishini kutishimiz mumkin, bu esa ishlab chiquvchilarga xotira boshqaruvi bo'yicha chuqur bilimlarsiz parallel ma'lumotlar tuzilmalarini qurishni osonlashtiradi.

Ushbu yutuqlarni qabul qilish JavaScript ishlab chiquvchilariga imkoniyatlar chegaralarini kengaytirishga, global miqyosda bog'langan dunyo talablariga bardosh bera oladigan yuqori unumdor va sezgir veb-ilovalarni yaratishga imkon beradi.

Xulosa

Oddiy Trie'dan JavaScript'da to'liq Oqimga Xavfsiz Parallel Trie'ga bo'lgan sayohat tilning ajoyib evolyutsiyasi va u endi ishlab chiquvchilarga taklif qilayotgan kuchning isbotidir. SharedArrayBuffer va Atomics'dan foydalanib, biz bir oqimli modelning cheklovlaridan tashqariga chiqib, murakkab, parallel operatsiyalarni yaxlitlik va yuqori unumdorlik bilan boshqarishga qodir ma'lumotlar tuzilmalarini yarata olamiz.

Bu yondashuv o'z muammolarisiz emas – u xotira tuzilishini, atomar operatsiyalar ketma-ketligini va mustahkam xatolarni boshqarishni diqqat bilan ko'rib chiqishni talab qiladi. Biroq, katta, o'zgaruvchan satr ma'lumotlar to'plamlari bilan ishlaydigan va global miqyosdagi sezgirlikni talab qiladigan ilovalar uchun Parallel Trie kuchli yechim taklif qiladi. U ishlab chiquvchilarga keyingi avlod yuqori darajada kengaytiriladigan, interaktiv va samarali ilovalarni yaratish imkonini beradi, bu esa asosiy ma'lumotlarni qayta ishlash qanchalik murakkab bo'lishidan qat'i nazar, foydalanuvchi tajribalari uzluksiz bo'lib qolishini ta'minlaydi. JavaScript parallelizmining kelajagi shu yerda va Parallel Trie kabi tuzilmalar bilan u har qachongidan ham hayajonliroq va qobiliyatliroqdir.