Что значит синхронно и асинхронно

Содержание

Асинхронное программирование: концепция, реализация, примеры

асинхронное программирование

Компьютерные программы часто имеют дело с длительными процессами. Например, получают данные из базы или производят сложные вычисления. Пока выполняется одна операция, можно было бы завершить еще несколько. А бездействие приводит к снижению продуктивности и убыткам. Асинхронное программирование увеличивает эффективность, потому что не позволяет блокировать основной поток выполнения.

Асинхронность в программировании

Традиционно в программировании используют синхронное программирование — последовательное выполнение инструкций с синхронными системными вызовами, которые полностью блокируют поток выполнения, пока системная операция, например чтение с диска, не завершится. В качестве примера ниже написан echo-сервер:

При вызове методов read() и write() текущий поток исполнения будет прерван в ожидании ввода-вывода по сети. Причём большую часть времени программа будет просто ждать. В высоконагруженных системах чаще всего так и происходит — почти всё время программа чего-то ждёт: диска, СУБД, сети, UI, в общем, какого-то внешнего, независимого от самой программы события. В малонагруженных системах это можно решить созданием нового потока для каждого блокирующего действия. Пока один поток спит, другой работает.

Но что делать, когда пользователей очень много? Если создавать на каждого хотя бы один поток, то производительность такого сервера резко упадёт из-за того, что контекст исполнения потока постоянно сменяется. Также на каждый поток создаётся свой контекст исполнения, включая память для стека, которая имеет минимальный размер в 4 КБ. Эту проблему может решить асинхронное программирование.

Что значит синхронно и асинхронно

В этой статье вы узнаете о том, что такое синхронное и асинхронное программирование в JavaScript и как применяя эти знания, работать с Async/Await .

Понимание синхронного и асинхронного JavaScript с Async/Await

В чем отличия между синхронным и асинхронным двигателем, разница между ними

Чтобы механические установки на производстве функционировали эффективно, важно приобрести подходящий двигатель. В основе устройства, преобразующего электрическую энергию в механическую, два элемента: статор – фиксированный, ротор – совершающий вращательные движения. Асинхронные устройства более распространенные, но это не значит, что синхронные хуже. Чтобы выбрать прибор, нужно знать, чем отличается синхронный тип двигателя от асинхронного.

Асинхронные методы, Обещания, Асинх/Ждать, ОписаниеОповещения в 1С

В рамках одного сеанса работы в 1С выполнение встроенного языка выполняется последовательно, иначе говоря синхронно. Выполнение происходит в одном потоке, синхронные методы блокируют основной поток до окончания своего выполнения.

Пример синхронного выполнения:

Сообщение «Окончание процедуры» выведется только после выполнения процедуры СинхронныйМетод, потому что при вызове данной процедуры основной поток был заблокирован, пока не будет выполнена вызванная процедура.

Асинхронные методы не блокируют основной поток. Асинхронность в 1С реализуется с помощью очереди асинхронных задач. Основной поток выполняет задачи из этой очереди, как только сможет это сделать. Важно понимать, что асинхронность это не многопоточность. Многопоточность в 1С реализуется с помощью других механизмов.

Асинхронно — это значит не дожидаясь результата выполнения процедуры или функции.

Пример асинхронного выполнения в 1С:

В примере выше сначала будет выведено сообщение «Окончание процедуры», а только потом сообщение «асинхронный метод». Так происходит, потому что сразу после вызова функции АсинхронныйМетод продолжилось выполнение кода.

Асинхронную технику можно использовать только на клиенте для реализации следующих задач:

  • Работа с блокирующими окнами
  • Работа с расширением работы с файлами
  • Работа с расширением криптографии
  • Работа с внешними компонентами

В нашем примере использовать асинхронность через Обещания, но 1С поддерживает два варианта асинхронности:

  1. Асинхронность через обратные вызовы (ОписаниеОповещения)
  2. Асинхронность через Обещания

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.

Асинхронное дистанционное обучение

Асинхронное обучение – это когда у студентов есть возможность выполнять задания курса в любое удобное время. Учебные материалы представляют собой записанные видео-лекции, презентации, конспекты, учебники, схемы, тесты и прочее. Все материалы готовятся преподавателем заранее, а учащиеся самостоятельно разрабатывают индивидуальный график.

Общение между студентами и преподавателями осуществляется посредством электронной почты, мессенджеров, либо же благодаря встроенным в платформу инструментам: через чаты и форумы. Также преподаватель может назначать время индивидуальных онлайн-консультаций с каждым студентом.

Тенденции

Асинхронность была всегда, но в последние годы этот стиль разработки стал особенно популярным. Все современные языки имеют инструменты для его реализации и постоянно улучшают их. Например, от событий и функций обратного вызова мы перешли к обещаниям. Также существует множество библиотек асинхронности, например, ReactiveX, которая работает в Java, C#, Swift, JavaScript и ряде других языков.

В мире, где никто не любит ждать, просто нельзя писать код синхронно! Чтобы не отставать от современных тенденций, нужно освоить асинхронное программирование.

ОписаниеОповещения

Асинхронность через обратные вызовы реализована в 1С с помощью объекта встроенного языка ОписаниеОповещения. Сам термин обратный вызов (call back) называется так, потому что мы сначала передаем ссылку на метод в асинхронную процедуру или функцию, а после выполнения асинхронной процедуры выполняется обратный вызов переданного метода.

Процедуры обратного вызова могут быть только на клиенте, обязательно со словом Экспорт, только в модуле формы, модуле команды или в общем модуле.

В данном примере мы сначала создаем объект встроенного языка ОписаниеОповещения. Первым параметром передаем название процедуры, которая будет вызвана после завершения асинхронного метода. Вторым — модуль, где находится данная процедура. Так как мы находимся в модуле формы и процедура обратного вызова будет расположена здесь же, то нужно указать ЭтотОбъект. Затем методом ПоказатьПредупреждение показываем пользователю предупреждение с кнопкой «ОК»:

Сразу после показа окна с предупреждением внизу будет показано сообщение «Завершение процедуры», а после нажатия на кнопку «ОК» будет выполнен обратный вызов процедуры ОбратныйВызов, которая покажет сообщение «Нажали ОК».

При использовании синхронного аналога Предупреждение основной поток был бы заблокирован до нажатия на кнопку «ОК».

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.

Преимущества асинхронного обучения

  1. Гибкость. Несмотря на наличие дедлайнов для освоения учебных модулей, ученики могут проходить курсы в своём темпе, ведь доступ к материалам есть в любое время;
  2. Меньше риск при плохом качестве интернета. Это означает, что студент не пропустит часть онлайн-трансляции, а сможет вернуться к просмотру лекции, когда связь восстановится;
  3. Широкая география. Студенты могут выполнять задания в удобное время, несмотря на разные часовые пояса;
  4. Удобство управления. Автор курса или преподаватель не тратит время на ежедневное проведение трансляций, а может заниматься, например, разработкой других курсов;
  5. Поточность. Нет необходимости набирать группу, каждый может начать и завершить курс в своё время. Асинхронное обучение позволяет использовать материалы для неограниченного числа студентов и неограниченное число раз, до тех пор, пока информация остается актуальной.

Разумеется, асинхронное обучение подходит не для всех образовательных программ и не для всех студентов. У учащегося должна быть высокая степень мотивации и самодисциплины, чтобы тщательно изучать материалы, самостоятельно следить за дедлайнами и не откладывать всё на последний момент. Кому-то может быть критически важен постоянный контакт с преподавателем и моментальные ответы на вопросы.

Плюсы и минусы двигателей

Рассмотрим преимущества и недостатки обоих типов двигателей, чтобы проще было сделать выбор.

Электродвигатель Плюсы Минусы
синхронный высокая мощность; невосприимчивость к колебаниям напряжения в сети; независимость частоты вращения от нагрузки; значительный КПД необходим вспомогательный источник поступления постоянного тока; невозможность использования при частых запусках и остановках; сложный пуск ротора
асинхронный длительный эксплуатационный срок; стабильная работа при частых включениях и выключениях; универсальность эксплуатации; невысокая стоимость; функциональность без применения преобразователей слабый пусковой момент; значительная величина пускового тока; проблематичная регулировка скорости; чувствительность к скачкам напряжения; изменение скорости вращения при повышении нагрузки

Человек в синхронном мире

Один занятой молодой человек запланировал на вечер свидание. Он очень хочет, чтобы все прошло идеально, а для этого нужно сделать несколько дел:

  • разобраться с рабочими документами;
  • забрать костюм из химчистки;
  • съездить в цветочный магазин за букетом лилий;
  • а самое главное – попросить маму приготовить ее фирменный торт.

Без торта, букета, костюма и стопки разобранных бумаг, свидание точно не состоится.

Молодой человек живет в синхронном мире. Это значит, что он не может приступить к следующему делу, пока не закончится предыдущее.

Прежде всего, нужно отправить запрос на торт, так как приготовление занимает несколько часов. Он звонит маме, и она тут же начинает замешивать тесто. К вечеру торт несомненно будет готов. Однако молодой человек не успеет сделать остальные дела, и свидание не состоится. Дело в том, что все это время он провел с трубкой у уха, ожидая подтверждения о завершении запроса. Бессердечный синхронный мир не позволил ему поработать и купить букет.

человек в синхронном мире

Решить проблему могло бы асинхронное программирование. С его помощью блокирующий процесс маминой готовки можно убрать из потока приготовления к свиданию.

В асинхронном мире человек не зависит от торта. Он просит маму перезвонить, а сам едет за парадным костюмом в химчистку. Когда выложена последняя вишенка, мама запускает событие “Торт готов”. Нарядный молодой человек хватает букет и бежит на свидание.

Теперь давайте посмотрим на пример с Async/Await.

Далее мы попытаемся понять синтаксис async/await погружаясь ещё глубже в то, что же это на самом деле и как это работает.

итак, вы знаете что оно делает, но знаете ли вы как?

У большинства разработчиков неоднозначное отношение к JavaScript, отчасти из-за того, что они становятся жертвами одного из его лучших качеств: он легко учится, но тяжело применяется. что легко подметить посмотря на то, сколько разработчиков склонны полагать, что этот язык работает только в одном направлении, но на самом деле всё происходит по-другому, если взглянуть под капот. именно эта разница проявляется в деталях и вызывает разочарование.

Для примера, я не сомневаюсь в том, что изменения в стандартах вызвали у многих из вас недопонимание о поведении языка, например как с классами. В JavaScript нет классов, в реальности, JavaScript использует Prototypes, синглтон объекты, из которых наследуются другие объекты. По-факту, все объекты в JavaScript имеют прототип из которого они наследуются. что означает то, что классы в JS на самом деле не ведут себя как классы. Класс это схема для создания экземпляров объекта, а prototype это экземпляр, которому другие экземпляры объекта передают работу, prototype это не схема и не шаблон, он просто есть и всё.

именно поэтому вы можете добавить новый метод для Array и тут же все массивы смогут его использовать. что можно сделать в среде выполнения, затронув объект, ставший экземпляром.

В общем, классы в JavaScript это синтаксический сахар для прототипизирования.

Я хочу тут сделать акцент на том, что вам надо выучить то, как язык на самом деле работает, кроме своего синтаксиса, если вы хотите полностью понять его возможности и ограничения.

Async/Await спецификации

Асинхронные функции это дополнение к языку, уже включенное в последний драфт EcmaScript. Вы можете смело их использовать с применением Babel.

async/await пытается решить одну из главных головных болей языка со времен его появления: это асинхронность. То, как работает концепция асинхронного кода, вы прочитали в первой части этой статьи, если вы ещё не поняли, то обязательно перечитайте и поймите, перед тем как читать дальше.

На протяжении лет у нас было несколько способов работы с асинхронностью без всякого сумасшествия. В большинстве случаев, мы полагались на Callbacks :

Всё это хорошо, но что если мы столкнемся с последовательностью?

То, что вы видите выше иногда называется Pyramid of Doom и Callback Hell.

Асинхронность через обещания

Обещание

Обещание — это обертка над результатом асинхронной функции. Асинхронная функция всегда возвращает объект Обещание. Обещание — это обычный объект встроенного языка 1С, его можно присвоить какой-то переменной, можно передать через параметры в другую процедуру или функцию. Но обещание нельзя передавать на сервер. Также обещание нельзя создать через конструктор, его можно получить только как результат асинхронной функции.

Объект обещание может иметь 3 состояния:

  • Pending — обещание еще не завершилось, начальное состояние обещания.
  • Success — обещание завершилось успешно. В обещании «завернут» результат асинхронной функции.
  • Failure — в асинхронной функции было выброшено исключение, данное исключение было «завернуто» в обещание.

Оператор Ждать

Оператор Ждать позволяет получить результат функции из обещания. Параметром данного оператора может быть только объект с типом обещание. Оператор Ждать можно использовать только в процедурах и функциях, которые отмечены модификатором Асинх. А также у собственных асинхронных функций, которые возвращают обещание тоже нужно указывать модификатор Асинх.

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.

В каких случаях подходит асинхронное обучение?

  • Когда нужно изучить и запомнить много теоретических материалов. Например, при подготовке к ЕГЭ, экзамену в университете или автошколе;
  • Когда необходимо подготовиться к аттестации. При подготовке к тому же ЕГЭ асинхронное обучение позволяет проходить тренировочные тесты, возвращаться к своим “слабым местам”, самостоятельно разбирать ошибки;
  • Когда нужно обучить группу с разным уровнем подготовки. Каждый сможет выбрать свой темп, более продвинутые студенты не будут тратить время на изучение уже известного им материала, а перейдут сразу к следующим блокам. “Новички” же напротив – смогут уделить больше времени азам и сложным моментам без ощущения, что кого-то задерживают или от кого-то отстают;
  • Когда нужно организовать массовое обучение. Особенно актуально для курсов по охране труда, пожарной безопасности, мерам противодействия распространению коронавирусной инфекции COVID-19 и т.д.

Какой агрегат лучше?

Говорить, какой электродвигатель лучше, некорректно. Каждый подходит для определенных условий.

Синхронные устройства менее распространены, считаются промышленными, так как использовать их сложнее. Они требуют наличия вспомогательного источника тока и механизма, обеспечивающего пусковой момент. А еще синхронные электродвигатели быстрее изнашиваются, особенно быстро выходят из строя кольцеобразные контакты. Их высокая стоимость делает невыгодным использование в бытовых условиях. А вот в промышленности синхронные машины незаменимы, благодаря широкой вариативности коэффициента мощностей и стойкости к колебаниям напряжения.

Асинхронные двигатели более распространены. Они привлекательны простой конструкцией, эксплуатационным удобством, надежностью.

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.

Немного терминов

Когда речь заходит об асинхронности, всплывают еще три близких понятия. Это конкурентность (concurrency), параллелизм (parallel execution) и многопоточность (multithreading). Все они связаны с одновременным выполнением задач, однако это не одно и то же.

Конкурентность

Понятие конкурентного исполнения самое общее. Оно буквально означает, что множество задач решаются в одно время. Можно сказать, что в программе есть несколько логических потоков – по одному на каждую задачу.

При этом потоки могут физически выполняться одновременно, но это не обязательно.

Задачи при этом не связаны друг с другом. Следовательно, не имеет значения, какая из них завершится раньше, а какая позже.

Параллелизм

Параллельное исполнение обычно используется для разделения одной задачи на части для ускорения вычислений.

Например, нужно сделать цветное изображение черно-белым. Обработка верхней половины не отличается от обработки нижней. Следовательно, можно разделить эту задачу на две части и раздать их разным потокам, чтобы ускорить выполнение в два раза.

Наличие двух физических потоков здесь принципиально важно, так как на компьютере с одним вычислительным устройством (процессорным ядром) такой прием провести невозможно.

Конкуренция и параллелизм

Многопоточность

Здесь поток является абстракцией, под которой может скрываться и отдельное ядро процессора, и тред ОС. Некоторые языки даже имеют собственные объекты потоков. Таким образом, эта концепция может иметь принципиально разную реализацию.

Асинхронность

Идея асинхронного выполнения заключается в том, что начало и конец одной операции происходят в разное время в разных частях кода. Чтобы получить результат, необходимо подождать, причем время ожидания непредсказуемо.

Сравнительная таблица

Сравним оба типа двигателя по основным параметрам.

Синхронный Асинхронный
частота вращения ротора и магнитного поля одинаковая неодинаковая
конструкция сложная упрощенная
функциональная мощность от 100 кВт менее 100 кВт
чувствительность к скачкам напряжения нет да
работа при частых включениях и выключениях нет да
стоимость высокая относительно невысокая

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.

  1. Пользователь отправляет запрос на совершение действия.
  2. Происходит чтение первой части кода.
  3. Остальные блоки с кодом блокируются.
  4. Завершение чтения первой части кода.
  5. 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.

Шаблоны асинхронности

Можно выделить три самые популярные схемы асинхронных запросов. Рассмотрим их реализацию с помощью “обещаний” (JavaScript) и операторов async-await (C#).

Шаблоны асинхронного программирования

Для демонстрации потребуются тестовые функции, которые имитируют возвращение нужных объектов с задержкой.

Последовательное выполнение

Используется для связанных задач, которые нужно запускать друг за другом. Например, первый запрос получает названия фильмов, а второй – информацию о них.

Каждая функция возвращает новый Promise , выполнение которого также можно отслеживать. В результате получается удобная одноуровневая цепочка обещаний.

Переменная str получит значение только тогда, когда отработает функция GetStringTask . Лишь после этого обработчик кода продолжит выполнение.

Параллельное выполнение

Применяется для решения независимых задач, когда важно, чтобы выполнились все запросы. Например, данные веб-страницы грузятся с трех серверов, а после этого начинается рендеринг.

Параметр results – это массив, в котором содержатся результаты всех трех выполненных операций.

Метод WaitAll класса Task собирает результаты трех запросов вместе.

Конкурентное выполнение

Используется для решения независимых задач, когда важно, чтобы выполнился хотя бы один запрос. Например, отправка идентичных запросов на разные сервера.

В параметр result попадет первый вернувшийся результат из трех.

Метод WaitAny дождется самого первого выполнения и положит его в переменную firstResult .

Это лишь простые примеры использования асинхронных инструментов в разных языках. Чтобы писать эффективный и понятный код, необходимо познакомиться с ними поближе. Например, почитать про обещания можно здесь и здесь.

Что выбрать?

Команда LMS-service рекомендует использовать оба формата, чтобы взять от них самое лучшее. Например, после онлайн-трансляции давать студентам доступ к записи вебинара или к самой презентации. Или наоборот: при асинхронном обучении периодически проводить индивидуальные или групповые созвоны с учениками, чтобы обсудить степень освоения курса, пояснить сложные моменты, ответить на вопросы и дать обратную связь по домашним заданиям.

На наш взгляд, для корпоративного обучения стоит выбрать именно асинхронный формат (о том, как организовать корпоративное обучение в вашей компании, подробно рассказали в этой статье). Синхронное обучение является более интерактивным, поэтому для асинхронного формата советуем внести элементы геймификации (подробно об этом тренде уже рассказали в нашем блоге).

Асинхронное и синхронное дистанционное обучение отлично дополняют друг друга. При выборе платформы для организации дистанционного образования стоит учесть, позволяет ли её функционал совмещать эти форматы.

Подписывайтесь на нашу рассылку, чтобы всегда быть в курсе самых актуальных трендов в дистанционном образовании. В своём блоге и на VC RU рассказываем о полезных фишках СДО на примере наших успешных кейсов. Будем рады видеть вас среди подписчиков наших социальных сетей и мессенджеров: Telegram, ВКонтакте, Facebook и YouTube.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Егор Новиков
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий