Ruby/Thread

المهام الفرعية (Threads، وتدعى "الخيوط" أيضًا) هي الطريقة التي تنفذ بها روبي البرمجة المتزامنة (concurrent programming).

البرامج التي تتطلب تنفيذ عدة مهام فرعية يمكنها استخدام الصنف Thread. على سبيل المثال، يمكننا إنشاء مهمة فرعية جديدة منفصلة عن المهمة الرئيسية باستخدام new.

thr = Thread.new { puts "Whats the big deal" }‎

ثم يمكننا إيقاف تنفيذ المهمة الفرعية الرئيسية مؤقتًا إلى حين إنتهاء المهمة الفرعية خاصتنا باستخدام التابع join:

thr.join #=> "Whats the big deal"‎

في حال عدم استدعاء الت ابع join قبل انتهاء المهمة الرئيسية، فسيتم إنهاء جميع المهام الفرعية الأخرى، بما في ذلك المهمة الفرعية التي أنشأناها. بدلاً من ذلك، يمكنك استخدام مصفوفة للتعامل مع عدة مهام فرعية في وقت واحد كما في المثال التالي:

threads = []
threads << Thread.new { puts "Whats the big deal" }
threads << Thread.new { 3.times { puts "Threads are fun!" } }‎

بعد إنشاء عدد من المهام الفرعية، سننتظر إلى أن تنتهي جميعها بالتتابع.

threads.each { |thr| thr.join }‎

تهيئة المهام الفرعية

لإنشاء مهام فرعية جديدة، توفر روبي عدة توابع لذلك هي: new و start و fork. يجب تمرير كتلة مع كل هذه التوابع، وإلا سيُطلق الاستثناء ThreadError.

عند اشتقاق أصناف فرعية (subclasses) من Thread، فسيتم تجاهل التابع initialize الخاص بصنفك الفرعي من قبل التوابع start و fork. لذلك تأكد من استدعاء المتغير super في التابع initialize خاصتك.

إنهاء مهمة الفرعية

توفر روبي مجموعة متنوعة من الطرق لإنهاء المهام الفرعية. ينهي (أو يقتل) التابع kill مثلًا المهمة الفرعية المعطاة:

thr = Thread.new { ... }
Thread.kill(thr) # sends exit() to thr‎

أو يمكنك استخدام تابع النسخة exit، أو أحد الأسماء البديلة له وهي kill و terminate.

thr.exit‎

حالة مهمة الفرعية

توفر روبي عددًا من من توابع النسخة (instance methods) لاستخلاص حالة مهمة فرعية معينة. للحصول على سلسلة نصية تحتوي حالة المهمة الفرعية الحالية، استخدم التابع status:

thr = Thread.new { sleep }
thr.status # => "sleep"
thr.exit
thr.status # => false‎

يمكنك أيضًا استخدام التابع alive?‎ للتحقق مما إذا كانت المهمة الفرعية قيد التشغيل أو نائمة، أو التابع stop?‎ للتحقق مما إذا كانت المهمة الفرعية ميتة أو نائمة.

متغيرات ونطاق مهمة الفرعية

نظرًا لكون المهام الفرعية تُنشأ بواسطة الكتل، فستُطبَّق القواعد نفسها على كتل روبي الأخرى فيما يتعلق بنطاق (scope) المتغيرات. المتغيرات المحلية التي تم إنشاؤها داخل هذه الكتلة لا يمكن الوصول إليها إلا من داخل هذه المهمة الفرعية.

الألياف المحلية مقابل الخيوط المحلية

يحتوي كل ليف (fiber) على نطاق خاص به لتخزين العناصر المعيّنة من المعامل []. عندما تعيِّن ليفًا محليًّا (fiber-local)، فلن يمكن الوصول إليه إلا من داخل ذلك الليف. المثال التالي يوضح ذلك:

Thread.new {
  Thread.current[:foo] = "bar"
  Fiber.new {
    p Thread.current[:foo] # => nil
  }.resume
}.join‎

يستخدم هذا المثال معامل الفهرسة [] لأجل الاستخلاص، ويستخدم معامل التعيين =[] لأجل تعيين ليف محلي (fiber-locals)؛ يمكنك أيضًا استخدام ال$تابع keys لإنشاء قائمة بالألياف المحلية لمهمة فرعية معينة، أو التابع key?‎ للتحقق من وجود ألياف محلية. يمكن الوصول إلى المتغيرات المحلية في المهمة الفرعية (thread-locals) من أي مكان في نطاق تلك المهمة. إليك المثال التالي:

Thread.new{
  Thread.current.thread_variable_set(:foo, 1)
  p Thread.current.thread_variable_get(:foo) # => 1
  Fiber.new{
    Thread.current.thread_variable_set(:foo, 2)
    p Thread.current.thread_variable_get(:foo) # => 2
  }.resume
  p Thread.current.thread_variable_get(:foo)   # => 2
}.join‎

يمكنك أن ترى أن المتغير ‎:foo محلي المهمة الفرعية قد وصل إلى نطاق الليف، ثم تم تغييره إلى القيمة 2 في نهاية المهمة الفرعية.

هذا المثال يستخدم التابع thread_variable_set لإنشاء مهمة فرعية جديدة، ويستخدم thread_variable_get للرجوع إليها.

يمكن أيضًا استخدام التابع thread_variables لإنشاء قائمة بجميع المتغيرات المحلية في مهمة فرعية (thread-locals)، والتابع thread_variable?‎ للتحقق من وجود متغير محلي معين في مهمة فرعية.

معالجة الاستثناء Exception

يمكن لأي مهمة فرعية إطلاق استثناء باستخدام تابع النسخة raise، والذي يعمل بطريقة مشابهة للتابع Kernel.raise.

من الجدير بالذكر أنّ الاستثناءات التي تُطلق من أي مهمة الفرعية، باستثناء الرئيسية (main thread)، التي تعتمد على abort_on_exception. قيمة هذا الخيار الافتراضية هي false، مما يعني أن أي استثناء غير مُعالَج سيؤدي إلى إنهاء المهمة الفرعية بصمت عند الانتظار سواءً من join أو من value. يمكنك تغيير هذا الإعداد الافتراضي عبر استدعاء abort_on_exception= true ، أو من خلال إعطاء DEBUG القيمة true.

مع إضافة تابع الصنف handle_interrupt، يمكنك الآن معالجة الاستثناءات بشكل غير متزامن بالمهام الفرعية.

الجدولة (Scheduling)

توفر روبي عدة وسائل لجدولة المهام الفرعية في البرنامج. الطريقة الأولى هي باستخدام تابع الصنف stop، لوضع المهمة الفرعية الحالية في حالة نوم، وجدولة عملية تنفيذ مهمة فرعية أخرى.

بمجرد أن تصبح المهمة الفرعية في حالة نوم، يمكنك استخدام تابع النسخ wakeup لجعلها متاحة للجدولة.

يمكنك أيضًا استخدام التابع pass، والذي يحاول تمرير التنفيذ إلى مهمة فرعية أخرى؛ مسألة استبدال المهمة الفرعية قيد التشغيل تتعلق بنظام التشغيل المستخدم. وينطبق الأمر ذاته على التابع priority، والذي يتيح لك الطلب من مُجدوِل المهام الفرعية (thread scheduler) إعطاء الأسبقية لمهام فرعية معينة عند التنفيذ. يعتمد هذا التابع أيضًا على نظام التشغيل، وقد يُتجاهَل في بعض الأنظمة.

توابع الصنف العامة

DEBUG

يُعيد مستوى التصحيح في المهمة الفرعية (thread debug level).

DEBUG=‎

يعيّن عند استدعائه بالشكل DEBUG = num قيمة مستوى تصحيح المهمة الفرعية(thread debug level) إلى القيمة num.

abort_on_exception

يُعيد حالة الشرط العام "المقاطعة عند حدوث استثناء؟" (abort on exception). 

abort_on_exception=‎

يضبط عند استدعائه بالشكل abort_on_exception= boolean حالة الشرط العام "المقاطعة عند حدوث استثناء؟" (abort on exception) إلى القيمة المنطقية boolean.

current

يُعيد المهمة الفرعية المُنفّذة حاليًّا.

exclusive

يغلف الكتلة المعطاة في دالة الآلة الافتراضية العامة (VM-global)‏Mutex.synchronize، ثم يعيد قيمة الكتلة.

exit

ينهي المهمة الفرعية قيد التشغيل، ويُجدول مهمة فرعية أخرى ليتم تشغيلها.

fork

ينشئ عملية فرعية جديدة بشكل مكافئ للتابع new.

handle_interrupt

يغير توقيت المقاطعة غير المتزامنة (asynchronous interrupt timing).

kill

ينهي المهمة الفرعية المعطاة.

list

يُعيد مصفوفة من المهام الفرعية العاملة أو المتوقفة.

main

يُعيد المهمة الفرعية الرئيسية.

new

ينشئ مهمة فرعية جديدة تقوم بتنفيذ الكتلة المعطاة.

pass

يعطي إلى مُجدوِل المهمة الفرعية تلميحًا لتمرير التنفيذ إلى مهمة فرعية أخرى.

pending_interrupt?‎

يتحقق مما إذا كان طابور الانتظار غير المتزامن فارغًا أم لا.

report_on_exception

يعيد حالة "التبليغ عند الاستثناء" (report on exception). 

report_on_exception=‎

يضبط عند استدعائه بالشكل report_on_exception= boolean‎ حالة "التبليغ عند الاستثناء" (report on exception).

start

يشبه التابع new بشكل أساسي إلا أنه عند اشتقاق صنف فرعي (subclassed) من Thread، فإنَّ استدعاء start في ذلك الصنف الفرعي لن يستدعي تابع الصنف الفرعيinitialize.

stop

يوقف تنفيذ المهمة الفرعية الحالية، ويضعها في حالة "نوم" (sleep)، ويُجدوٍل (schedules) تنفيذ مهمة فرعية أخرى.

تزوابع النسخة العامة (Public Instance Methods)

[]

مرجع الخصائص (Attribute Reference) - يُعيد قيمة متغير الليف المحلي fiber-local variable

[]=

معامل تعيين الخاصيات (Attribute Assignment) - يعيّن أو ينشئ قيمة متغير محلي الليف، باستخدام إما رمز أو سلسلة نصية.

abort_on_exception

يُعيد abort_on_exception حالة الشرط "abort on exception".

abort_on_exception=‎

عند إعطائه القيمة true، إذا تم إيقاف أي مهمة فرعية بواسطة استثناء، فسيطلق ذلك الاستثناء مجددا في المهمة الفرعية الرئيسية.

add_trace_func

يضيف add_trace_func الوسيط المعطى proc كمعالج للتعقب (tracing).

alive?‎

يُعيد alive?‎ القيمة true إن كانت المهمة الفرعية التي استُدعي معها قيد التشغيل أو نائمة.

backtrace

يُعيد backtrace المتعقب (backtrace) الحالي للمهمة فرعية.

backtrace_locations

يُعيد backtrace_locations مكدس التنفيذ (execution stack) الخاص بالمهمة الفرعية — مصفوفة تحتوي على كائنات تعقب (backtrace location objects).

exit

ينهي exit المهمة الفرعية قيد التشغيل حاليًا، ويُجدوِل (schedules) مهمة فرعية أخرى ليتم تشغيلها.

group

يُعيد group كائنا من النوع ThreadGroup، والذي يحتوي المهمة الفرعية المعطاة.

inspect

يعيد inspect اسم ورقم تعريف وحالة المهمة الفرعية على هيئة سلسلة نصية.

join

عند استدعاء join، فسيتوقف تنفيذ المهمة الفرعية المُستدعية (calling thread)، وسيقوم بتنفيذ المهمة الفرعية التي استُدعي معها.

key?‎

يُعيد key?‎ القيمة true إن كانت السلسلة النصية أو الرمز المعطى موجودة على هيئة متغير محلي الليف.

keys

يُعيد keys مصفوفة من أسماء المتغيرات محلية الليف (على هيئة رموز).

kill

يؤدي kill إلى إنهاء المهمة الفرعيةالمعطاة.

name

يعيد name اسم المهمة الفرعية.

name=

يعين name=‎ اسم معين للمهمة فرعية لروبي.

pending_interrupt?‎

يتحقق مما إذا كان طابور الانتظار غير المتزامن فارغًا أم لا.

priority

يُعيد priority أولوية المهمة الفرعية

priority=

يعين priority=‎ أولوية المهمة فرعية عند القيمة integer.

raise

يطلق raise استثناء من مهمة فرعية معينة.

report_on_exception

يعيد report_on_exception حالة "report on exception".

report_on_exception=‎

يُعيد report_on_exception= الحالة الجديدة.

run

يوقظ run المهمة الفرعية، مما يجعلها متاحة للجدولة.

safe_level

يُعيد safe_level المستوى الآمن للمهمة فرعية.

set_trace_func

يجعل set_trace_func الوسيط المعطى proc معالجا للتعقب في المهمة الفرعية.

status

يعيد status حالة المهمة الفرعية.

stop?‎

يُعيد stop?‎ القيمة true إن كانت المهمة الفرعية ميتة أو نائمة.

terminate

ينهي terminate المهمة الفرعية ويُجدوِل مهمة فرعية أخرى ليتم تشغيلها.

thread_variable?‎

يُعيد thread_variable?‎ القيمة true إن كانت السلسلة النصية (أو الرمز) موجودة كمتغير محلي المهمة الفرعية (thread-local variable).

thread_variable_get

يُعيد thread_variable_get قيمة المتغير المحلي في المهمة الفرعية (thread local variable) الذي تم تعيينه.

thread_variable_set

يعين thread_variable_set المتغيرا المحلي في المهمة الفرعية (thread local) ذو الاسم key ويعطيه القيمة value

thread_variables

يُعيد thread_variables مصفوفة من أسماء المتغيرات المحلية في المهمة الفرعية (thread-local) (على شكل رموز).

to_s

يعيد to_s اسم و رقم تعريف وحالة المهمة الفرعية على شكل سلسلة نصية.

value

ينتظر value اكتمال المهمة الفرعية ، باستخدام join، ثم يُعيد قيمتها.

wakeup

يجعل wakeup مهمة فرعية معينة متاحة للجدولة.

مصادر

• صفحة الصنف Thread في توثيق روبي الرسمي.