Синхронное и асинхронное программирование: в чем разница?

Возможно, вы еще не знаете, что означают эти термины, но как только вы это сделаете, вы поймете, почему знание различий между ними важно для успеха вашей команды.

Что такое асинхронное программирование?
Асинхронное программирование основано на неблокирующем протоколе ввода-вывода (I/O). Это означает, что асинхронная программа не выполняет операции в иерархическом или последовательном порядке. Получающееся в результате распараллеливание означает, что асинхронная программа может обрабатывать несколько запросов одновременно и независимо.

Когда один запрос завершается неудачно, это не влияет на другой запрос. И программа может перейти к другой задаче до завершения последней. В разработке программного обеспечения такое преимущество называется слабой связью. Слабо связанная коммуникация и/или программирование позволяют децентрализовать процессы. Чем меньше зависимостей, тем выше отказоустойчивость и гибкость.

Для компаний, которые отдают приоритет выполнению задач, асинхронное программирование может стать фундаментальным строительным блоком для удовлетворения требований проекта. Если вы все еще пытаетесь полностью понять, как работают асинхронные операции, мыслите нестандартно!

Представьте себе нетехнический пример того, как асинхронная связь будет выглядеть в реальном сценарии. В качестве иллюстрации представьте, что вы в ресторане. Ваш официант только что принял несколько заказов за вашим столом и принесет вам закуску, как только она будет готова, вместо того, чтобы ждать, пока будет приготовлено основное блюдо. Это не только просто эффективная служба, но и образцовая демонстрация неблокирующего ввода-вывода или асинхронной архитектуры.

Плюсы асинхронного программирования
Существует распространенное заблуждение, что асинхронное программирование означает большую производительность и скорость. На самом деле выполнение нескольких задач одновременно не оказывает прямого влияния на эти области. Но у асинхронного программирования есть немало преимуществ, которые вы можете увидеть ниже.

Пользовательский опыт
При сравнении асинхронного и синхронного программирования асинхронные программы улучшают взаимодействие с пользователем различными способами. Во-первых, все сценарии программы или веб-страницы могут загружаться одновременно, что приводит к лучшему отклику и уменьшению задержек загрузки страницы. И сбой потока не влияет на возможность запуска или рендеринга других потоков. Следовательно, асинхронные приложения в целом более доступны.

Настройка
На практике асинхронное программирование требует написания функций обратного вызова в соответствии с ошибками, которые могут возникнуть и нарушить работу программы. Эти обратные вызовы предписывают машине пройти мимо ошибки и запустить следующую задачу. Это также дает программистам возможность написать персонализированное сообщение об ошибке. В результате ошибки не означают, что ваша программа вообще не запускается. Пользователи получают приятную заметку, в то время как все остальные функции программы работают нормально.

Масштабируемость
Async/await — это хорошо известная синтаксическая структура многих языков программирования, которая позволяет асинхронным функциям удобно работать с промисами. Промисы — это объекты, которые инкапсулируют желаемое поведение асинхронной операции. Обе эти концепции являются неотъемлемой частью понятия масштабируемости. Масштабируемость может осуществляться двумя способами — горизонтально и вертикально.

Синхронные и асинхронные программы могут использовать горизонтальное масштабирование, добавляя дополнительные серверы для масштабирования служб. С другой стороны, вертикальное масштабирование — это более простой процесс, который могут использовать асинхронные программы, чтобы позволить одному серверу увеличить количество запросов, которые может обработать сервер. Подключая асинхронную функцию с помощью ключевого слова async/await, разработчики могут упростить программы, которые в противном случае были бы синхронными, используя методы обратного вызова на основе обещаний.

Минусы асинхронного программирования
Асинхронное программирование может показаться очевидным решением любых узких мест, которые могут возникнуть в ваших проектах разработки программного обеспечения. Но есть причины, по которым разработчики избегают использования асинхронного программирования.

Сложность
Чтобы успешно программировать асинхронные операции, разработчики должны иметь глубокие знания об обратных вызовах и рекурсивных функциях. И даже если они это сделают, программирование этого в приложении может быть громоздкой задачей во время разработки. Жизненный цикл разработки программного обеспечения в целом будет более сложным и заметно более медленным. По той же причине сам код может усложняться. Написание чистого кода становится более сложной задачей, а тестирование и отладка — такими же напряженными.

Задержка
Хотя обновление страницы является меньшей проблемой при асинхронном программировании по сравнению с синхронным программированием, первоначальный рендеринг страницы может занять некоторое время. Кроме того, слишком много асинхронных запросов могут перегрузить ваш сервер, и ваша программа может работать медленнее, несмотря на параллелизм, который вы получаете взамен .

Совместимость
C++ и JavaScript — самые выдающиеся языки программирования, поддерживающие асинхронное программирование. В этих языках ключевое слово async широко используется и почитается. Но с другими языками дело обстоит не так просто. Хотя, безусловно, можно программировать асинхронные программы практически на любом языке, это будет трудоемкой задачей, если такая реализация не будет предварительно оснащена рассматриваемым языком.

Что такое синхронное программирование?
Синхронные программы используют блокирующие операции ввода-вывода, в которых каждая операция должна выполняться до выполнения следующей. Как правило, компьютеры работают быстро, поэтому синхронная связь не обязательно невыгодна. Однако в реальном, нетехническом приложении это было бы эквивалентно отказу официанта принести какое-либо из заказанных вами блюд, пока каждое блюдо не будет полностью приготовлено. По крайней мере, ваша еда будет холодной. В худшем случае ваш официант просто потратил впустую довольно значительное количество времени, казалось бы, без какой-либо веской причины.

В программировании синхронные программы выделяют один поток для обработки запроса или выполнения задачи. Поскольку синхронные операции выполняются по одной, такая кропотливо длинная задача, как запрос к базе данных, тем временем заблокирует все остальные потоки. В то время как асинхронные операции могут выполнять несколько задач одновременно в одном потоке, синхронные программы имеют очередь задач, в которой каждая вторая задача остается бездействующей, пока первая завершена. По определению синхронный означает «подключенный» или «зависимый». По сути, синхронная связь тесно связана. Для реактивных систем, когда программы работают лучше всего, когда они реагируют на входные данные из окружающей среды, могут быть полезны синхронные программы.

Плюсы синхронного программирования
Хотите верьте, хотите нет, но есть веские причины, по которым предприятия и разработчики обращаются к синхронному выполнению, в свою очередь, для асинхронного программирования.

Простота
Синхронное программирование хорошо поддерживается всеми языками программирования. Разработчикам не нужно беспокоиться о том, можно ли кодировать асинхронные приложения, так как это значение по умолчанию. Кроме того, писать синхронные программы объективно проще, чем асинхронные. Используя блокирующую архитектуру ввода-вывода, вы можете сэкономить время в процессе разработки программного обеспечения и выполнять тесты с меньшими сложностями.

Маркетинговый потенциал
Поисковым системам легче сканировать веб-страницы, использующие традиционную синхронную архитектуру. Для маркетологов, которые зависят от поисковой оптимизации (SEO) для создания своей репутации и узнаваемости бренда, это заметное преимущество. Чем больше людей просматривают ваш веб-сайт через Google или Bing, тем больше посетителей будет на вашей веб-странице. Естественно, это положительно скажется на вашем возврате инвестиций (ROI).

Минусы синхронного программирования
Минусы синхронного программирования должны быть довольно очевидны. Это основные недостатки, подталкивающие многих разработчиков к асинхронному программированию.

Скорость
Время загрузки может быть медленнее при синхронном программировании по сравнению с асинхронным программированием. Этого следовало ожидать, учитывая то, как синхронные программы обрабатывают несколько запросов. Когда поток блокируется, другие потоки в очереди также блокируются. Проще говоря, синхронное программирование похоже на посещение Disney World без VIP-пропуска .

Ресурсоемкость
Включение синхронного программирования также требует значительных ресурсов. В то время как несколько асинхронных исполнений могут работать в одном потоке, это не относится к синхронным функциям. Вам потребуется больше потоков для обработки большего количества запросов, и чаще всего это оказывается непосильным.

Когда использовать асинхронное программирование
Самый большой вклад, который обеспечивает асинхронное программирование, — это повышение пропускной способности.

Производительность относится к результатам, которые продукт или компания могут произвести в течение определенного времени. Тем не менее, синхронное программирование не является конечной целью всех методологий программирования. Есть определенные сценарии, в которых подходит асинхронное программирование, и другие, в которых асинхронное программирование не подходит. Чтобы узнать, что есть что, вам необходимо определить зависимости и процессы в вашей системе. Параллельные вычисления хорошо подходят для ориентированного на пользователя программирования, но любой другой тип программы не стоит такой сложности. Ограничьте использование асинхронного программирования обработкой задач на основе событий, когда полезно высвобождать ценные ресурсы раньше. Операции ввода-вывода и запросы к базе данных являются распространенными вариантами использования асинхронного программирования.

Когда использовать синхронное программирование
Как известно, компьютеры работают быстро. Таким образом, синхронное программирование занимает не так много времени, как вы можете себе представить. Если вы просто хотите разработать внешнее приложение или выполнить базовую функцию центрального процессора (ЦП), то асинхронное программирование выходит за рамки допустимого. Рендеринг видео или математические вычисления, например, используют центральный процессор для максимальной функциональности. Использование асинхронного программирования для этих типов задач перегрузило бы ЦП и принесло бы больше вреда, чем пользы.

Сверхинжиниринг описывает акт разработки решений проблемы сложным образом. Само собой разумеется, что вы должны избегать чрезмерной инженерии. Стреляйте в синхронное программирование, когда вы можете обойтись.

Синхронное и асинхронное программирование: что лучше?
Между асинхронным и синхронным программированием нет лучшего метода программирования по своей сути. Скорее, ключевым моментом является оценка ваших потребностей в программировании и выбор наиболее оптимального решения для ваших требований к программному обеспечению.