Что такое асинхронное программирование? Принцип работы процессора и многопоточность
В статье разберём, что такое асинхронное программирование, поговорим о многопоточности. Выделим основные случаи, когда необходимо использовать этот вид написания кода.
Важным понятием в программировании является асинхронность. Она используется в графических и требовательных приложениях, где продолжительные задачи влияют на работу устройства.
Принцип работы процессора
Работа процессора считается тиками – единица времени, в течение которой выполняется одна задача. Чтобы прочитать данные из двух ячеек, просуммировать их, записать получившуюся сумму в последнюю ячейку, необходимо 4 тика. Все сложные операции программирования (умножение, деление) состоят из простых. Умножение заменяется сложением числа с самим собой несколько раз.
Современные процессоры позволяют выполнять одну задачу за несколько миллисекунд. Пользователь не замечает времени выполнения, поэтому ему кажется, что все задачи решаются независимо от других. На самом деле процессор выполняет работу, затем переключается к другому действию.
Количество единиц измерения принято считать в герцах (Гц). Данная величина показывает частоту протекания процессов. Современные модели измеряются гигагерцами, включающими триллиарды герцов. Скорость обработки хватает для получения информации, решения множества задач, независимо друг от друга.
При чтении программы, процессор использует множество процессов. Затем выдаёт конечное действие на экран пользователя. Если процесс проходит линейно, каждый последующий блок кода попадал в блокировку. При скачивании фильма, компьютером нельзя пользоваться, пока 100% файла не загрузятся на жёсткий диск. Чтобы устройство могло выполнять другие функции во время чтения кода, все действия делятся на потоки. Для создания программ, позволяющих выполнять несколько действий одновременно, рассмотрим термины асинхронность и многопоточность.
Что такое асинхронность в программировании?
Асинхронность – вид программирования, позволяющий вынести выполняемые задачи отдельными блоками кода. Применяется в сервисах, где предыдущее действие тормозит следующее. Синхронный процесс выполняется поэтапно. Пользователь совершает действие, ждёт, пока программа обработает часть кода, переходит к другому блоку. При использовании асинхронности, код убирает операцию, блокирующую следующие действия.
Отличить асинхронный код можно визуально. В программировании на C#, имеются 2 слова-индикатора, которые показывают, что задачи работают независимо. К индикаторам относятся функции async и await, упрощающие написание асинхронных блоков. Написание асинхронного кода возможно со всеми параметрами. Ограничений в программировании этого типа нет.
Примером асинхронности можно назвать работу с базами данных. Пока пользователю необходима одна информация, остальные блоки отключены. Если человеку нужно совершить новое действие – найти другие данные, код включается. Результат работы кода приходит не сразу после вызова, а при необходимости пользователю просмотреть нужную информацию. Сокращается время обработки процессором.
Что такое многопоточность?
Термин многопоточности схож с асинхронностью. Он связан с принципом построения программного кода, при котором задачи выполняются одновременно. Многопоточность позволяет нескольким потокам работать в рамках одного процесса. При использовании приложения выделяется 1 поток – главный. Он создаётся при запуске компьютера. Главный поток необходим для выполнения следующих функций:
- обновление интерфейса пользователя;
- реагирование на действия пользователя;
- возможность создавать новые потоки;
- запуск дополнительных блоков с кодом.
Чтобы устройство работало быстрее, главный поток должен быть свободным от задач, которые имеют большое время продолжительности. Если в компьютере находится только 1 поток, он должен выполнять все действия: отрисовка интерфейса, скачивание данных из интернета, просмотр фильмов, принятие запросов из интернета. Нагрузив систему, пользователь не может выполнять другие задачи. Главный поток выполняет только одно действие. После завершения переходит к следующему.
Используя многопоточность, можно делить ресурс процессора, выполнять несколько задач одновременно.
Когда необходима асинхронность?
Наиболее распространенная сфера применения асинхронности – использование графическими программами. При работе с ними, основная логика и изменение изображения находятся в разных потоках. Даже когда логика занята, пользователь может совершать действия и выполнять свои задачи.
Представим ситуацию, что программы с графическими интерфейсами состоят из одного потока. При выполнении любой сложной функции, приложение перестает отвечать на запросы пользователя. Такой процесс сильно влияет на работу устройства. При синхронном процессе, алгоритм выполнения задач имеет следующий вид.
- Пользователь отправляет запрос на совершение действия.
- Происходит чтение первой части кода.
- Остальные блоки с кодом блокируются.
- Завершение чтения первой части кода.
- Переход к новому блоку.
При линейном чтении кода уменьшается срок эксплуатации процессоров. Использование синхронного программирования не означает, что любая программа зависнет после запроса. Скорость обработки зависит от ресурса компьютера. Мелкие задачи быстро решаются даже при использовании синхронного вида программирования. Работа с большим количеством данных невозможна при линейном чтении файлов.
Пример асинхронности
Рассмотрим пример приложения для просмотра фильмов. Пользователь выбирает необходимые фильтры, жанры, возрастное ограничение. Далее сервис начинает загружать картинки и предлагать человеку посмотреть несколько вариантов. Если код будет написан синхронно, всё взаимодействие с приложением после отправки запроса заблокируется. Нельзя нажимать на кнопки или проскроллить экран. Большинство сервисов позволяют взаимодействовать с программой, что является примером асинхронного программирования.
Разработка современных программ с красивым интерфейсом, требует асинхронного программирования. Процесс необходим, чтобы приложение выполняло задачи одновременно. Написание асинхронного кода экономит время при взаимодействии с приложениями.
