Чому асинхронний код став трендом?

Для того, щоб зрозуміти, чому асинхронне програмування стало таким популярним, нам потрібно зрозуміти, як працюють синхронні сервери. Почнемо з основ, коли є клієнт (ПК) і сервер, і клієнт спілкується з сервером через Інтернет.

Щоразу, коли сервер отримує запит, він створює новий потік. Так, всі операції, пов’язані із запитом, виконуються всередині цього потоку. Такий принцип роботи є зручним, оскільки ми маємо контекст користувача, і усі процеси є відокремленими.

Тепер, коли ми знаємо, що зазвичай для кожного запиту створюється окремий потік, настав час поговорити про багатозадачність і паралельність процесів. Кожен комп’ютер має ЦП (центральний процесор), який відповідає за обчислення та виконання операцій, які ми запрограмували за допомогою нашого коду. ЦП має певну кількість ядер, і кожне ядро може виконувати один потік за раз.

Зазвичай ядер за кількістю нараховується менше, ніж потоків для виконання, і тому ОС (операційна система) керує нашим апаратним забезпеченням таким чином, щоб розподіляти процесорний час на всі потоки якомога ефективніше. Щоб не заглиблюватися в цю тему, давайте припустимо, що це просто надає кожному потоку однакову кількість процесорного часу. Такий підхід називається псевдо паралелізмом. Так, наша ОС перемикає потік, який виконує кожен ЦП, що виглядає, як паралельне виконання кожного потоку.

Саме тут і виникає проблема. Перемикання потоку для ЦП – недешева операція, і чим більше у вас потоків, тим більше часу ваш ЦП витрачає на перемикання між потоками, а не на виконання фактичного коду, що призводить до затримки відповіді через нестачу процесорного часу.

Нарешті настав час поговорити про асинхронний код. Суть асинхронного програмування полягає у тому, що у ньому використовуються головний потік (потік, у якому реалізується ваша бізнес-логіка), який відповідає клієнтам, розвантажуючи більшість операцій, таких як введення/виведення (наприклад, читання файлу) і пул потоків (або робочий пул) для виконання операцій, які інтенсивно завантажують ЦП. Пул не повинен мати більше потоків, ніж кількість ядер, які налічує ЦП на вашому сервері.

Кожного разу, коли вам потрібно зробити щось поза межами головного потоку, ви повинні «запланувати» виконання завдання, поставивши його в чергу. Після цього, якщо у вашому пулі з’явиться незадіяний потік, він виконає це завдання.

Такий підхід певною мірою вирішує проблему масштабування вашого сервера, оскільки тепер ваш ЦП витрачає більше часу на роботу над запитами, що помітно збільшує кількість обробки одночасних запитів вашим єдиним сервером.

Основним недоліком асинхронного коду є те, що у вас є лише один «головний» потік, у якому більшість часу реалізується вся ваша бізнес-логіка, а решту завдань зазвичай обробляє ваш асинхронний механізм.

Зважаючи на те, що ваша бізнес-логіка реалізується в одному потоці, у разі, якщо у вас є фрагмент коду, який виконується надто довго (так званий блокатор), ваш сервер стане працювати повільно і навряд чи відповідатиме іншим клієнтам, оскільки він буде зайнятий обробкою лише одного із кількох запитів.

Асинхронний код — це інструмент, і, як і будь-який інший інструмент, вам потрібно знати, коли його слід використовувати. Важливо розуміти, що це не панацея, яка зможе вирішити всі ваші проблеми, а радше палка з двома кінцями, яка може завдати вам шкоди, якщо ви використаєте її неправильно.

У наступній статті ми поговоримо про подолання недоліків роботи асинхронного сервера на прикладі Node.js.