Perché dovrei conoscere la programmazione concorrente?

La programmazione concorrente è piuttosto difficile per me: anche guardare una diapositiva di base mi sembra una sfida. Sembra così astratto.

Quali sono i vantaggi di conoscere bene i concetti di programmazione concorrente? Mi aiuterà nella normale programmazione sequenziale? So che c'è una soddisfazione nel capire come funzionano i nostri programmi, ma cos'altro?

Ecco una motivazione semplice e veloce: Se si vuole il codice per qualsiasi cosa, ma i più piccoli, i sistemi più deboli, si sarà essere scrivendo codice concorrente.

Vuoi scrivere per il cloud? Le istanze di calcolo nel cloud sono piccole. Non ne ottieni di grandi, ne ottieni molti di piccoli. Improvvisamente la tua piccola app web è un'app concorrente. Se lo hai progettato bene, puoi semplicemente lanciare più server man mano che guadagni clienti. Altrimenti devi imparare come mentre la tua istanza ha il suo carico medio ancorato.

OK, vuoi scrivere app desktop? Tutto ha una CPU dual-or-core. Tranne le macchine meno costose. E le persone con le macchine meno costose probabilmente non sborseranno per il tuo software costoso, vero?

Forse vuoi fare sviluppo mobile? Ehi, l'iPhone 4S ha una CPU dual-core. Il resto non sarà molto indietro.

Videogiochi? Xbox 360 è un sistema multi-CPU e la PS3 di Sony è essenzialmente un sistema multi-core.

Semplicemente non puoi allontanarti dalla programmazione simultanea a meno che tu non stia lavorando a problemi piccoli e semplici.

Aggiornamento 2016 : l'attuale iterazione del Raspberry Pi da $ 35 si basa su un sistema quad-core su un chip destinato ai telefoni cellulari. Progressi drammatici nell'IA sono stati fatti in parte grazie alla disponibilità di schede grafiche di fascia alta come motori di calcolo paralleli.

Dal 1970 a circa 2002 i processori hanno raddoppiato la velocità ogni 18 mesi circa. Quindi, come programmatore, tutto ciò che dovevi fare era aspettare e il tuo programma sarebbe andato più veloce. Il problema è che intorno al 2002 le regole sono cambiate. Ora non stanno producendo processori veloci più grandi, ma stanno trasformando processori più piccoli più lenti, ma li stanno mettendo in gruppi. Il computer su cui sto lavorando ora ha 4 core ed esistono chip con un massimo di 8 core (e 4 thread per core). Presto avremo chip con molti più core.

Quindi, se scrivi un programma che non è affatto concorrente, scoprirai che stai usando 1 core o thread, ma il resto della CPU è seduto lì senza fare nulla. Quindi se hai 16 core 1 eseguirà il tuo programma e gli altri 15 saranno seduti lì!

Il problema con la concorrenza è che non è deterministico. Il che significa che non sai esattamente in che ordine faranno le cose i diversi thread. Tradizionalmente i programmatori hanno cercato di risolverlo usando lock e simili. Questo ha portato a MOLTO dolore. Avere una qualche forma di stato mutevole a cui più di un thread può accedere liberamente è spesso una formula per il dolore e gli heisnebugs!

Di recente la tendenza è quella di passare a linguaggi funzionali che controllano strettamente lo stato mutevole. Esistono due modi di base in cui i linguaggi funzionali gestiscono la concorrenza. Il primo consiste nell'utilizzare il passaggio dei messaggi. Questo è mostrato al meglio da Erlang. In Erlang non esiste in generale uno stato condiviso tra i processi. Comunicano non condividendo la memoria ma i miei messaggi di passaggio. Questo dovrebbe avere senso per te come lo stiamo facendo proprio ora. Ti sto inviando queste informazioni inviandoti un messaggio, non da te ricordandole dal mio cervello! Passando al messaggio che passa la maggior parte dei bug di blocco semplicemente scompare. Inoltre, i messaggi possono essere passati sulla rete e all'interno di un nodo.

L'altro metodo è STM, che sta per Software Transcriptional Memory, presente in clojure e Haskell (e altri). Nella memoria STM è condivisa ma le modifiche possono essere apportate solo tramite una transazione. Dato che la gente del Database ha capito tutto questo negli anni '70, è abbastanza facile assicurarci di farlo bene.

In realtà ho semplificato un po ', Clojure e Haskell possono entrambi passare messaggi e Erlang può fare STM.

Disclaimer Sono l'autore di Programming Web Services con Erlang , che uscirà nelle versioni Early nelle prossime settimane.

Perché la concorrenza può esplodere in faccia quando te lo aspetti il ​​minimo ...

La prima regola della programmazione concorrente è "È difficile". La seconda regola della programmazione concorrente è "It. Is. Difficult" .. !!

Seriamente, ci sono due approcci comuni alla programmazione simultanea, il multi-threading e il multi-processing. L'elaborazione multipla è la più semplice da comprendere poiché significa semplicemente avere più istanze di un processo in esecuzione per eseguire un'attività. È abbastanza facile da fare su sistemi basati su Unix tramite chiamate a fork / join, ma non così facile su sistemi Windows.

Il multi-threading è probabilmente l'approccio che molte persone pensano quando parlano di concorrenza. Non è difficile avviare più thread all'interno di un'applicazione, ma il diavolo è nei dettagli. È necessario coordinare la condivisione dei dati tra thread (di solito utilizzando i blocchi) che può portare a deadlock o dati in uno stato non valido. Devi anche capire come comunicare tra i thread usando concetti come semafori, variabili condizionali ecc. Ecc.

Il vantaggio di tutto ciò è che una volta capito, è possibile utilizzare in modo più efficace l'hardware sottostante. In questi giorni è praticamente la norma per un processore avere più core. Utilizzando la programmazione concorrente puoi far funzionare questi core per te e la tua applicazione otterrà un miglioramento della velocità.

Lo svantaggio è che devi iniziare a pensare a come suddividere l'applicazione in piccole parti che possono essere eseguite su thread diversi. Questo è molto più difficile di quanto sembri. Inoltre, le soluzioni altamente concorrenti possono essere scomode per il test unitario poiché l'ordine di esecuzione è meno deterministico.

Oggigiorno la maggior parte delle lingue viene fornita con un'astrazione sulla maggior parte dei primitivi concorrenti per rendere la vita un po 'più semplice. Ad esempio, .NET 4 viene fornito con Task Parallel Library che semplifica la vita. Nella terra di Java hanno il pacchetto Concurrency .

Recentemente ho avuto un compito molto interessante da svolgere in cui il multiprocessing mi ha salvato. Fondamentalmente ho dovuto fare molte richieste a pochi server separati, gestendo quantità di dati molto ridotte, ma molte richieste.

Lavorando con PHP, ho fatto le cose alla vecchia maniera, e il miglior tempo che ho ottenuto dopo alcune ore di lavoro ha portato a ~ 120 secondi per eseguire un certo test (molte richieste + ritardo di rete + nessuna asincronizzazione)

Ma questo non era quasi sufficiente rispetto a quello di cui avevo bisogno, e dopo aver fallito miseramente con il multiprocessing dei PHP, sono passato a Python.

Dopo alcune ore, ho avuto uno script multiprocessing in esecuzione su Python che è stato eseguito in 20 secondi, e dopo un po 'di armeggi con i timeout e no. di thread da utilizzare, l'ho ottenuto fino a ~ 10 secondi .

Questo era per un sito Web scritto al 100% in PHP, ad eccezione di un singolo script Python a 100 righe. E tutto funziona perfettamente.

La mia conclusione sarebbe che, anche se non ti aiuterà quotidianamente, potresti incontrare situazioni in cui conoscere almeno le basi della programmazione concorrente ti aiuterà molto.

Buona fortuna e buona programmazione!

PS: Non sto cercando di colpire PHP, ma PHP semplicemente non era lo strumento giusto per il lavoro da svolgere.

PS2: Conoscere una nuova tecnologia o un nuovo modo di fare le cose può aprire la porta a un nuovo mondo di possibilità.

Se fai qualsiasi tipo di sviluppo web, la concorrenza entra in gioco, almeno con la maggior parte delle lingue. Ad esempio, utilizzo la primavera per lo sviluppo Web e ogni nuova richiesta arriva come propria discussione. Pertanto, se una richiesta finisce per accedere a un oggetto condiviso, in cui lo stato di una variabile può essere modificato, la concorrenza è un fattore determinante e deve essere presa in considerazione. In caso contrario, i dati possono essere modificati in modi imprevedibili e può causare il danneggiamento dei dati. Non è fondamentale conoscere tutti gli ultimi dettagli sulla concorrenza, ma imparare i pezzi alla volta è importante per comprendere meglio la programmazione delle app Web, se si lavora su app desktop, forse non è così importante a meno che non sia necessario eseguire più thread

Scopri le informazioni dettagliate sui sistemi operativi. La lettura del codice sorgente di programmatori e driver di dispositivo sarà di aiuto; sono decisamente concorrenti.