Przesuwamy się ku coraz trudniejszym tematom i tym razem rozpocznę temat wątków. Wątek w programowaniu jest już zaawansowanym rozdziałem i nawet doczekał się własnego działu naukowego, "programowanie współbieżne". Bez względu na wszystko, trzeba zacząć od samego początku i najpierw wyjaśnić sobie teorię zanim przejdziemy do części praktycznej. Zapraszam serdecznie do wpisu.
| Tweet |
WĄTEK W PROGRAMOWANIU TO TRUDNY WĄTEK DO OPANOWANIA
Żadne odkrycie, aczkolwiek wszystko co na tym świecie jest trudne, nie jest awykonalne. Rozpocznijmy od definicji: wątek to osobny, niezależny stos wywołań wykonujący się równolegle razem z "głównym" stosem (zapoczątkowanym przez punkt startowy jakim jest najczęściej funkcja "main"). Pozwala on na wykonywanie innego przydzielonego zadania, który w założeniach programisty musi przebiegać niezależnie od jedynego "ciągu" wykonywanych poleceń. Pamiętacie zapewne jak działa stos wywołań metod. To wyobraźcie sobie teraz, że tworząc nowy wątek w programowaniu, powstaje drugi taki stos położony tuż obok pierwszego i oba idą własnym tokiem nie przeszkadzając sobie nawzajem, choć mogą od siebie wymagać pewnych wyników, o czym piszę poniżej.
ZNANE PROBLEMY PRZY KORZYSTANIU Z WĄTKÓW
Temat ten robi się o wiele bardziej skomplikowany gdy używa się go w praktyce. Jednym ze znanych problemów jest spójność danych. Chodzi o sytuację, w której dwa osobne wątki operują na tej samej danej. Mimo tego, że wątek w programowaniu to osobny stos wywołań, to jednak pożądanym zawsze jest operowanie na tych samych zmiennych oraz żeby ich modyfikacje były trwałe i miały wpływ na dalszy ciąg postępowania innego wątku. Być może niektórzy z Was kojarzą słowo kluczowe w języku C, "volatile". Stanowi to powszechnie stosowaną ochronę przed przyjmowaniem indywidualnych wartości przez każdy wątek. W praktyce, gdy jakaś zmienna była dla przykładu równa 7 i przyjmowała taką samą wartość dla wielu wątków, to gdy w jednym z nich wykonywana była dowolna modyfikacja (np. inkrementacja), to ta zmiana była trwała i dotyczyła całej reszty wątków. W przeciwnym razie, po zakończeniu wątku który modyfikował tę liczbę, zmienna dalej byłaby "siódemką" i nie byłoby śladu po tej modyfikacji. Traktujcie ten przypadek jako abstrakcyjne uproszczenie tego dylematu, w nadziei że wiecie o co chodzi.
 |
Zmienna "ulotna" ("volatile") wykorzystywana jest podczas współbieżności w celu utrwalenia modyfikacji danych jednego z wątków, aby ta sama wartość obowiązywała dla całej reszty zadań.
Drugi znany problem to ryzyko zakleszczenia się wątków (ang. "deadlock"). Wątek w programowaniu też może tego doświadczyć. Wykonują się co najmniej dwa zadania równolegle i dochodzi do momentu, w którym działanie jednego wątku jest zależne od drugiego i na odwrót. Jeden wątek wykonuje jakieś zadanie. W momencie gdy zaczął go wykonywać, został na chwilę "wstrzymany" (ale dalej "siedzi" w środku tego zadania). Drugi wątek teraz ma prawo działać i wykonuje jakieś inne zadanie, ale jest ono powiązane z zadaniem wątku pierwszego. Obecnie działający wątek jest usypiany, czeka na pomyślne wykonanie zadania wątku pierwszego. Wtedy do akcji powraca wątek pierwszy, który nie skończył swojego zadania i już go nie skończy, ponieważ podstawą do zakończenia swojego działania jest wywołanie jednej z metod dotyczących zadania przeprowadzanego przez wątek sąsiedni. Dochodzi do "zakleszczenia się" wzajemnie obu wątków, gdyż zadanie "sąsiada" ma wpływ na kontynuację swojego zadania. Nic przyjemnego, prawda?
 |
Wzajemna blokada wątków pojawia się w sytuacji, gdy dwa lub więcej wątków nie może zakończyć swojego zadania z powodu powstałej zależności od innego wątku, który on sam również wymaga zakończenia zadań u "sąsiada".
Wątek w programowaniu posiada nieco szersze wsparcie i choć to samo słowo kluczowe "volatile" również występuje do tych samych celów, to można też skorzystać z mechanizmu synchronizacji jakie wspierają niektóre języki wysokiego poziomu np. Java. Ten artykuł dokładnie opisuje proces metod synchronizowanych razem z przykładowym kodem źródłowym.
Na sam wstęp do programowania współbieżnego widziałbym tyle podstawowych informacji. Jeśli rozumiecie teorię dosyć dobrze, to dopiero wtedy możecie zabrać się za kodowanie.