البرمجة متعددة الخيوط هي شكل متخصص من البرمجة المتزامنة، والتي تتضمن تنفيذ عدة خيوط ضمن عملية أو تطبيق واحد، مما يسمح بالاستخدام الفعال لموارد النظام وتحسين الأداء. يسمح نموذج البرمجة هذا بتشغيل عدة سلاسل عمليات بشكل متزامن على هياكل البيانات المشتركة أثناء تنفيذ مهام منفصلة، مما يتيح في النهاية للتطبيقات أو الخوارزميات الاستفادة بشكل أفضل من المعالجات متعددة النواة، مع ضمان الاستجابة والكفاءة.
في البرمجة التقليدية ذات الخيط الواحد، ينفذ البرنامج تعليماته بشكل تسلسلي، واحدة تلو الأخرى، ويمكنه تنفيذ مهمة واحدة فقط في كل مرة. يمكن أن يؤدي هذا إلى قلة استخدام موارد النظام وانخفاض الأداء. لقد استلزم تطوير المعالجات متعددة النواة والبنيات المتوازية اعتماد تقنيات البرمجة المتزامنة، مثل تعدد مؤشرات الترابط، لتحسين استخدام قوة المعالجة المتاحة ولإدارة العمليات والأحداث المتزامنة بشكل أفضل داخل التطبيق.
في بيئة متعددة مؤشرات الترابط، تعد سلاسل العمليات أصغر الكيانات التي يمكن جدولتها وتنفيذها بشكل مستقل بواسطة نظام التشغيل. يحتوي كل مؤشر ترابط على عداد برنامج ومكدس وبيانات محلية خاصة به، ولكنه يشارك مساحة الذاكرة والبيانات العالمية وموارد النظام مع سلاسل رسائل أخرى ضمن نفس العملية. تتيح بنية الذاكرة المشتركة هذه التواصل الفعال بين الخيوط وتسمح لها بالعمل بشكل تعاوني لتحقيق هدف مشترك.
يتضمن تنفيذ تطبيق متعدد مؤشرات الترابط تحديات مختلفة، بما في ذلك المعالجة الصحيحة لهياكل البيانات المشتركة، ومزامنة الخيوط، والتنافس على الموارد. يمكن أن يؤدي نموذج الذاكرة المشتركة إلى حالات عدم تناسق البيانات وحالات السباق، والتي تحدث عندما يصل خيطان أو أكثر إلى نفس البيانات بشكل متزامن، مما يؤدي إلى سلوك غير متوقع للبرنامج. لمعالجة هذه المشكلة، يستخدم المبرمجون آليات مزامنة مختلفة، مثل الأقفال والإشارات والحواجز، لضمان الوصول الحصري إلى الموارد المشتركة وضمان الوصول إلى البيانات بطريقة متسقة وموثوقة.
يمكن أن توفر البرمجة متعددة الخيوط العديد من المزايا، بما في ذلك زيادة الاستجابة وتحسين استخدام الموارد وتسريع العمليات الحسابية. في تطبيق متعدد مؤشرات الترابط، يمكن تنفيذ مهام الخلفية بشكل متزامن، دون التأثير على استجابة التطبيق أو سلوك واجهة المستخدم. علاوة على ذلك، يمكن للتطبيق متعدد الخيوط توزيع عبء العمل بكفاءة عبر مراكز متعددة، مما يسمح له بتنفيذ المهام بشكل أسرع وإكمالها في فترة زمنية أقصر.
ومع ذلك، فإن البرمجة متعددة الخيوط لها أيضًا عيوبها، مثل زيادة التعقيد، واحتمال حدوث أخطاء متعلقة بالتزامن، والمخاوف المتعلقة بقابلية التوسع. يُطلب من المبرمجين أن يكون لديهم فهم جيد لمزامنة سلسلة العمليات، وحماية البيانات المشتركة، ومنع حالة توقف تام، نظرًا لأن تصحيح أخطاء التطبيقات متعددة مؤشرات الترابط قد يكون أمرًا صعبًا نظرًا لطبيعتها غير الحتمية. علاوة على ذلك، يمكن أن تواجه البرمجة متعددة الخيوط مشكلات قابلية التوسع على الأنظمة التي تحتوي على عدد كبير من النوى، حيث قد تؤدي تكاليف الاتصال والمزامنة إلى الحد من مكاسب الأداء المحققة.
تقدم لغات البرمجة والمكتبات والأطر المختلفة دعمًا للبرمجة ذات مؤشرات الترابط المتعددة، مثل إمكانات الترابط المضمنة في Java، ومكتبة الترابط في C++، ووحدة الترابط في Python، ومكتبة POSIX Threads (pthreads). بالإضافة إلى الدعم الخاص باللغة، يمكن للمطورين أيضًا الاستفادة من التوازي على مستوى الأجهزة، مثل Intel Threading Building Blocks (TBB) أو منصة المعالجة المتوازية CUDA من NVIDIA.
في AppMaster ، النظام الأساسي no-code لإنشاء تطبيقات الواجهة الخلفية والويب والهواتف المحمولة، يتم استخدام البرمجة متعددة الخيوط لتحقيق أقصى قدر من الاستخدام الفعال لموارد النظام ولتحسين أداء التطبيقات. تقوم المنصة بإنشاء تطبيقات تستفيد من إمكانيات تعدد مؤشرات الترابط مثل Go (golang) للتطبيقات الخلفية، وإطار عمل Vue3، وJS/TS لتطبيقات الويب، بالإضافة إلى Kotlin و Jetpack Compose لنظام Android و SwiftUI لنظام iOS في تطبيقات الهاتف المحمول. يمكن للتطبيقات التي تم إنشاؤها إدارة العمليات المتزامنة بشكل فعال وتنفيذ المهام بالتوازي، مما يؤدي إلى تجربة تطبيق عالية الأداء وسريعة الاستجابة وقابلة للتطوير.
في الختام، تعد البرمجة متعددة الخيوط نموذجًا أساسيًا في تطوير البرمجيات الحديثة التي تتيح الاستخدام الفعال للمعالجات متعددة النواة والبنى المتوازية. من خلال تطبيق مبادئ تعدد العمليات، يمكن للمطورين تحقيق زيادة في استجابة التطبيقات، وتحسين استخدام الموارد، وتسريع العمليات الحسابية، مما يؤدي إلى حلول برمجية أكثر كفاءة وعالية الأداء. مع استمرار تطور الأجهزة، أصبحت أهمية إتقان تقنيات البرمجة متعددة الخيوط أمرًا بالغ الأهمية للمحترفين العاملين في صناعة تطوير البرمجيات.
