Deno 入門指南
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多線程概念

進入正題

在 Operating system 的學科中有提到:
  • Program
  • Process
  • Thread
至於他們之間的關係呢?筆者可以舉一個實際的例子:
不論是我們平常撰寫的程式碼,或是大眾常使用的 APP, 瀏覽器...等等,都可以稱為 Program 。
當我們開啟應用程式時,作業系統會將它載入到 RAM 當中,此時位於 RAM 待執行/執行中的程式稱為 Process 。
Process 的五種狀態
而每個獨立的 Process 都有自己的管理員,叫做: PCB (process control box) 。
PCB 負責管理 Process 的狀態、程式計數器、CPU 暫存器、 CPU 排程資訊...等。
實際上,作業系統會管理 PCB,而 PCB 會負責管理 Process 。現在假設 Process A 需要 Process B 幫忙處理其他事情:
  1. 1.
    PA 被中斷或是等待 System Call
  2. 2.
    PA 的相關狀態會全部存取到 PCB A
  3. 3.
    PCB A 會將資源與 PCB B
  4. 4.
    PB 載入 PCB B 的資源
  5. 5.
    執行 PB

程序堵塞的狀況

以瀏覽器為例,我們都知道 JS 引擎其實只有單一執行緒。因此,當開發者因設計錯誤產生無窮迴圈,抑或是產生太多的任務將 JS 的執行序列卡住,都會造成網頁沒有任何回應,像是:按下傳送按鈕沒有回應、SPA 無法換頁...等等。
注意:是網頁沒有任何回應,不是瀏覽器沒有回應唷!
雖然 JS 引擎是單一執行緒,但是它還是透過了聰明的設計、配合瀏覽器 API 做到非同步處理。
以 Chrome 瀏覽器為例,我們在瀏覽器上面執行下列程式碼:
(function(){
console.log('start');
setTimeout(()=>{console.log('done!')};,5000);
console.log('Waiting for 5s...');
})();
程式碼執行時,上面的程式碼會被一一讀取,並且將有需要處理的任務放到 Stack 當中:
  1. 1.
    console.log('start');被放到 Stack 中並且被即時處理。
  2. 2.
    setTimeout(()=>{console.log('done!')}) 被放到 Stack 中,因為該 API 由瀏覽器實作,所以將計時任務丟到 web api 處理。
  3. 3.
    console.log('Waiting for 5s...'); 被放到 Stack 中並且被即時處理。
  4. 4.
    等待 web api 計時 5 秒,將 console.log('done!') 丟到 queue 中。
  5. 5.
    stack 已經沒有任務待處理, event loop 將 queue 的任務放到 stack 中。
  6. 6.
    console.log('done!') 完成處理。
  • 知識點: Stack 與 Queue
    它們都是一種資料結構,與 Array 很像,可以存放多筆資料,不同的是, Queue 為 FIFO , Stack 為 FILO 。

什麼是多執行緒 (Multi-threads)

剛剛介紹了 Process 以及 Program ,至於 Thread 呢?
Thread 就是負責將 Process 完成的那位要角。一個 Process 是可以分配多個 Thread 去執行任務的,考慮實際應用面,我們以 Server 程式為例:
當前端程式像後端程式發起請求,若使用多線程開發,這時 Process 就可以去分派多個 Thread 去處理不同的使用者請求,以防止單執行緒時會有程序堵塞的狀況。 回到正題, 多執行緒的應用有很多好處,像是:
  • 響應快,不像單一執行緒會因為單一執行緒停擺造成應用程式崩潰。
  • 資源的分享、使用較 Process 容易、少。
  • 擴展性好:在多處理器架構下,可以做到平行處理。
聰明的讀者可能會問:
單核心處理器能做到多線程嗎?
可以,當然可以,哪次不可以。
我們可以利用分時多工的概念讓單核心支持多線程,不過因為本系列文並不是作業系統原理概論,所以就先不一ㄧ介紹啦。

總結

筆者會在 Deno Workers 之前特別獨立一篇文章說明 CS 領域的學科原理,不外乎是希望讀者不要只學會如何使用工具,身為技術人應該要努力理解技術背後的原理。
當我修了資料結構、演算法以及作業系統後,開始發現我們日常使用的應用程式或是開發者用到的 Library, Tool, Framework 都大量使用了相關知識。
確實,不懂 Queue 跟 Stack 也可以寫出商業邏輯。但我認為學習相關知識後不管是在撰寫程式碼、閱讀原始碼時都會有更多不同的感受。

延伸閱讀

同樣的事情在不同人眼中可能會有不同的見解、看法。
在讀完本篇以後,筆者也強烈建議大家去看看以下文章,或許會對型別、變數宣告...等觀念有更深層的看法唷!