اشتراک ArarrayBuffer و Atomics – Community Dev

در منظره روزافزون در حال تحول از JavaScript و فناوری های وب ، مدیریت عملیات همزمان منطقه مورد علاقه قابل توجهی بوده است ، به ویژه که برنامه های وب به طور فزاینده ای پیچیده و دارای منابع سنگین می شوند. اصلی برای این تعقیب است SharedArrayBuffer وت Atomics API ها ، در ECMAScript 2017 معرفی شده و برای تسهیل چند رشته در JavaScript با استفاده از کارگران وب طراحی شده اند. این مقاله با هدف ارائه اکتشافی عمیق از این دو ساختار ، تجزیه و تحلیل تاریخچه ، مکانیسم های فنی ، برنامه ها ، پیامدهای عملکرد و مشکلات رایج انجام می شود.

زمینه تاریخی

قبل از غواصی SharedArrayBuffer وت Atomics، درک تکامل همزمانی در جاوا اسکریپت ضروری است. JavaScript ، با طراحی ، تک رشته ای است. این کد را در یک دنباله واحد در حالی که از یک حلقه رویداد برای انجام عملیات ناهمزمان استفاده می کند ، اجرا می کند. با این حال ، با معرفی کارگران وب در HTML5 ، توسعه دهندگان توانایی اجرای اسکریپت ها را در موضوعات پس زمینه به دست آوردند ، و هوشمندانه ماهیت تک رشته JavaScript را پشت سر گذاشتند. با این حال ، تا معرفی SharedArrayBuffer، ارتباط بین چنین کارگران در درجه اول از طریق postMessage، که از یک کپی از داده های ارسال شده استفاده می کند – ذاتاً محدود کردن عملکرد و کارآیی.

معرفی مشترک ArarrayBuffer

SharedArrayBuffer، به عنوان یک راه حل ، اجازه می دهد تا بافر داده های باینری بدون نیاز به کپی ، در بین موضوعات مختلف به اشتراک گذاشته شود ، که برنامه های کاربردی با کارایی بالا را امکان پذیر می کند. این ابتدایی امکان دسترسی مستقیم به حافظه را فراهم می کند ، و باعث تقویت ارتباطات بین رشته ای می شود. با این حال ، موضوعات مربوط به امنیت ، مانند آسیب پذیری های Specter که در سال 2018 مشخص شده است ، منجر به ارزیابی مجدد و به طور موقت ناتوانی در SharedArrayBuffer در مرورگرهای مختلف با این وجود ، با پیشرفت در اقدامات امنیتی ، استفاده از آن با احتیاط دوباره در زمینه های خاص ، به ویژه هنگامی که با سرصفحه مناسب با مدور-مدور-مدفوع (COOP) و سرفروهای متقاطع-منزل (COEP) ترکیب شده است ، دوباره فعال شده است.

اتمیک – ستون فقرات هماهنگ سازی

همراهی SharedArrayBuffer است Atomics شی ، ارائه مجموعه ای از عملیات اتمی که هنگام دسترسی به چندین موضوع به همان حافظه مشترک ، یکپارچگی داده را تضمین می کند. عملیات اتمی تسهیل شده توسط این شی شامل عملیاتی برای بارگیری ، ذخیره ، اضافه کردن ، تفریق و مقایسه مقادیر بدون خطر شرایط مسابقه است.

بررسی اجمالی فنی

ایجاد یک اشتراک مشترک

در هسته آن ، الف SharedArrayBuffer می تواند به طور مشابه به طور منظم فوری شود ArrayBufferبشر تفاوت اصلی در توانایی به اشتراک گذاری این بافر در زمینه های اجرای چندین اجرای ، مانند کارگران مختلف وب نهفته است.

const sab = new SharedArrayBuffer(16); // 16 bytes
const uint8View = new Uint8Array(sab);

تقویت با اتمی

در Atomics ماژول روش هایی را ارائه می دهد که عملیات اتمی را روی آن انجام می دهند SharedArrayBuffer نماهای اینها شامل:

• Atomics.add()
• Atomics.sub()
• Atomics.or()
• Atomics.and()
• Atomics.xor()
• Atomics.compareExchange()
• Atomics.exchange()
• Atomics.load()
• Atomics.store()
• Atomics.wait()
• Atomics.wake()

سناریو مثال: اجرای پیشخوان

وضعیتی را در نظر بگیرید که چندین کارگر پیشخوان مشترک را افزایش می دهند. در زیر یک مثال مصور است.

// worker.js
const sab = new SharedArrayBuffer(4);
const counter = new Int32Array(sab);

function incrementCounter() {
    for (let i = 0; i < 1000; i++) {
        Atomics.add(counter, 0, 1); // Atomic increment
    }
}

// Spawning multiple workers
for (let i = 0; i < navigator.hardwareConcurrency; i++) {
    new Worker('worker.js');
}

// Main thread can read the value
console.log(Atomics.load(counter, 0)); // Outputs the final count after workers are finished

در این مثال ، هر کارگر به لطف اتمی ، پیشخوان را بدون خطر شرایط مسابقه افزایش می دهد.

الگوهای پیشرفته استفاده

در حالی که مثال قبلی استفاده اساسی را نشان می دهد ، سناریوهای پیشرفته اکتشاف عمیق تر ، به ویژه در مورد استفاده wait() وت wake() روش هایی که اجازه می دهد تا نخ ها به خواب و بیدار شوند ، یک مدل تولید کننده قوی تولید کننده را تسهیل می کنند.

مثال: الگوی تولید کننده مصرف کننده

در سناریویی که یک موضوع داده تولید می کند و دیگری آن را مصرف می کند ، می توانیم از آن استفاده کنیم wait وت wakeبشر

const sab = new SharedArrayBuffer(4);
const buffer = new Int32Array(sab);
let index = 0;

let producer = new Worker('./producer.js');
let consumer = new Worker('./consumer.js');

// producer.js
function produce() {
    while (true) {
        Atomics.store(buffer, 0, index);
        index++;
        Atomics.wake(buffer, 0, 1); // Notifies the consumer
    }
}

// consumer.js
function consume() {
    while (true) {
        Atomics.wait(buffer, 0, 0); // Wait for producer to update
        const value = Atomics.load(buffer, 0);
        console.log(`Consumed: ${value}`);
    }
}

در این کد ، تولید کننده بافر مشترک را به روز می کند در حالی که مصرف کننده منتظر داده های جدید است و انتظار شلوغ را به حداقل می رساند.

موارد لبه و تکنیک های پیشرفته

رسیدگی به شرایط مسابقه و بن بست

در حالی که عملیات اتمی بسیاری از موضوعات موضوعی معمولی را کاهش می دهد ، درک شرایط بالقوه نژاد و بن بست بسیار مهم است. به عنوان مثال ، اگر یک منبع مشترک به ترکیبی از عملیات نیاز داشته باشد – مانند اولین بررسی شرط قبل از انجام یک عمل ، این ممکن است منجر به حالت های نامطلوب شود مگر اینکه به درستی مدیریت شود. به عنوان بهترین روش ، از نگه داشتن چندین قفل و قفل کردن قفل تا زمان لازم خودداری کنید.

الگوهای هماهنگی

همگام سازی در برنامه نویسی چند رشته بسیار مهم است. نمونه هایی از موانع یا mutexes را در نظر بگیرید که به موضوعات اجازه می دهد تا قبل از ادامه کار به یک نقطه خاص برسند. اجرای چنین مکانیسم هایی با استفاده از Atomics نیاز به طراحی دقیق ، به ویژه در مورد دید حافظه دارد.

ملاحظات عملکرد

در حالی که SharedArrayBuffer وت Atomics بهبود عملکرد عملکرد ، معاملات تجاری وجود دارد. ملاحظات کلیدی عملکرد شامل موارد زیر است:

• سربار عملیات اتمی: عملیات اتمی ممکن است به دلیل نیاز به هماهنگی حافظه ، تأخیر را در مقایسه با عملیات غیر اتمی معرفی کند.
• مدیریت حافظه: با استفاده از SharedArrayBuffer برای جلوگیری از مصرف بیش از حد حافظه ، به ویژه در هنگام مقیاس بندی برنامه ها ، به طور کارآمد نیاز به بررسی دقیق اندازه بافر دارد.

استراتژی های بهینه سازی

برای کاهش مشکلات عملکرد:

1. مشاجره را به حداقل برسانید: سیستمی را طراحی کنید که حالتهای مشترک را به حداقل برساند یا تعداد عملیات اتمی را با استفاده از نسخه های محلی در صورت امکان کاهش دهد.
2. از نماهای مناسب استفاده کنید: از آرایه های تایپ شده ای که با انواع داده های لازم برای کاربرد برای کاهش سربار ریخته گری استفاده می شود ، استفاده کنید.

موارد استفاده در دنیای واقعی

استفاده از SharedArrayBuffer وت Atomics در صنایع مختلف فاصله دارد. یک مورد استفاده شایع در برنامه های زمان واقعی مانند بازی آنلاین نهفته است ، جایی که چندین مشتری حالت بازی مشترک را حفظ می کنند. مثال دیگری را می توان در پردازش ویدیو یا فشرده سازی یافت ، جایی که موضوعات با هم کار می کنند تا تکه های بزرگی از داده ها را به طور موازی برای بهبود عملکرد انجام دهند.

نکات اشکال زدایی

اشکال زدایی جاوا اسکریپت چند رشته ای به دلیل رفتار غیر قطعی می تواند چالش برانگیز باشد. استراتژی های زیر را در نظر بگیرید:

1. اعلان های ورود به سیستم: ورود گسترده ای را در اطراف اضافه کنید wait() وت wake() فراخوانی برای ردیابی ایالات و انتقال.
2. از ابزارهای اشکال زدایی مرورگر استفاده کنید: مرورگرهای مدرن ابزارهای اشکال زدایی را برای کارگران وب فراهم می کنند که امکان بازرسی از تنگناهای عملکرد و استفاده از حافظه را فراهم می کنند.
3. مسائل همزمانی را شبیه سازی کنید: از چارچوب های آزمایش برای شبیه سازی شرایط مسابقه تحت سناریوهای کنترل شده برای اعتبارسنجی انتظارات رفتاری استفاده کنید.

پایان

ظهور SharedArrayBuffer وت Atomics تکامل قابل توجهی در قلمرو JavaScript نشان می دهد و قابلیت های چند رشته ای را در زبانی که از لحاظ تاریخی به محیط های تک رشته ای محدود شده است ، امکان پذیر می کند. این پیچیدگی امکانات جدیدی را معرفی می کند و توسعه دهندگان را ترغیب می کند تا در حالی که نیاز به درک عمیق تر از اصول برنامه نویسی همزمان دارند ، به پاکت آنچه در برنامه های وب قابل دستیابی است ، فشار بیاورند.

همانطور که JavaScript همچنان در حال تحول است و تسلط دارد SharedArrayBuffer وت Atomics برای توسعه دهندگان که به دنبال ساخت برنامه های کارآمد و با کارایی بالا هستند که از پتانسیل کامل سخت افزار مدرن استفاده می کنند ، بسیار مهم خواهد بود.

منابع

با تعامل عمیق با SharedArrayBuffer وت Atomics، شما درک خود را از قابلیت های چند گوش JavaScript مدرن تیز می کنید و به طور مستقیم توانایی خود را در ایجاد برنامه های کاربردی پیشرفته افزایش می دهید.