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 التابع 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 التابع 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 التابع 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 الاستثناءات

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 التابع 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 التابع 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)

[]

يُعيد قيمة متغير محلي الليف fiber) local variable، أو الليف الأصلي للمهمة الفرعية الحالية إن لم يكن المتغير موجودًا داخل ليف) باستخدام إما رمز أو سلسلة نصية.

=[]

يعيّن عندما يُستدعى بالشكل thr[sym] = obj قيمة المتغير sym محلي الليف (fiber-local variable)، باستخدام إما الرمز أو السلسلة النصية obj أو ينشئها.

abort_on_exception

يُعيد حالة الشرط المحلي (thread-local‏) "المقاطعة عند حدوث استثناء؟" (abort on exception) في المهمة الفرعية التي استُدعي معها.

abort_on_exception=‎

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

add_trace_func

يضيف عملية (كائنًا من النوع Proc) كمعالج للتعقب (tracing) إلى المهمة الفرعية التي استدعيت معه.

alive?‎

يتحقق إن كانت المهمة الفرعية التي استُدعي معها قيد التشغيل أو نائمة.

backtrace

يُعيد التعقب (backtrace) الحالي للمهمة فرعية التي استدعي معها.

backtrace_locations

يُعيد مكدس التنفيذ (execution stack) الخاص بالمهمة الفرعية على شكل مصفوفة تحتوي على كائنات التعقب (backtrace location objects).

fetch

(لم يوثَّق بعد.)

exit

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

group

يُعيد مجموعة الخيوط ThreadGroup التي تحتوي على المهمة الفرعية المعطاة، أو يُعيد nil إذا لم تكن المهمة الفرعية عضوًا في أي مجموعة.

inspect

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

join

يوقف عند استدعائه تنفيذ المهمة الفرعية المُستدعيَة (calling thread)، وبدء تنفيذ المهمة الفرعية التي استُدعي معها.

key?‎

يتحقق إن كانت السلسلة النصية أو الرمز المعطى موجود على هيئة متغير محلي الليف(fiber-local variable).

keys

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

kill

ينهي المهمة الفرعية التي استُدعي معها، ثم يجدول مهمة فرعية أخرى لتنفيذها.

name

يعيد اسم المهمة الفرعية.

name=‎

يعين اسم المهمة الفرعية التي استدعيت معه إلى الاسم المُمرَّر إليه.

pending_interrupt?‎

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

priority

يُعيد أولوية المهمة الفرعية التي استدعيت معه.

priority=‎

يعين عند استدعائه بالشكل priority= integer أولوية المهمة الفرعية التي استدعيت معه إلى القيمة integer.

raise

يطلق استثناء من مهمة فرعية معينة.

report_on_exception

يعيد حالة "التبليغ عند حصول استثناء" (report on exception) للمهمة الفرعية المحلية.

report_on_exception=‎

يضبط عند استدعائه بالشكل report_on_exception= boolean حالة "التبليغ عند حصول استثناء" (report on exception) للمهمة الفرعية المحلية المعطاة إلى القيمة boolean.

run

يوقظ المهمة الفرعية، ويجعلها متاحة للجدولة.

safe_level

يُعيد المستوى الآمن للمهمة فرعية.

set_trace_func

يجعل الكائن proc معالجًا للتعقب (handler for tracing) في المهمة الفرعية، أو يعطل التعقب إن كان مُرِّرت القيمة nil بدلًا من ذلك الكائن.

status

يعيد حالة المهمة الفرعية.

stop?‎

يتحقق إن كانت المهمة الفرعية ميتة أو نائمة.

terminate

ينهي المهمة الفرعية التي استدعيت معه ويُجدوِل مهمة فرعية أخرى ليتم تشغيلها.

thread_variable?‎

يتحقق إن كانت السلسلة النصية أو الرمز المعطى موجودًا كمتغير محلي للمهمة الفرعية (thread-local variable).

thread_variable_get

يُعيد قيمة المتغير المحلي للمهمة الفرعية (thread local variable) الذي تم تعيينه. 

thread_variable_set

يعين قيمة متغير محلي ذي اسم محدَّد في المهمة الفرعية (thread local) إلى قيمة معيَّنة.

thread_variables

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

to_s

يعيد اسم ومعرِّف وحالة مهمة فرعية على هيئة سلسلة نصية.

value

ينتظر اكتمال المهمة الفرعية، باستخدام التابع join ثم يُعيد قيمتها، أو يطلق الاستثناء الذي أنهى المهمة الفرعية.

wakeup

يوقظ مهمة فرعية ويجعلها متاحة للجدولة، ولكن قد تظل معطلة في مجرى الإدخال/الإخراج (I/O).

مصادر

• صفحة الصنف Thread في توثيق روبي الرسمي.