Асинхронды бағдарламалау, ағындар және…

Аспект	Асинхронды бағдарламалау	Жолдар (Threads)	Көппроцессорлық өңдеу (Multiprocessing)
Параллелизм	Бір ядрода псевдо-параллелизм (Concurrency)	Бір ядрода псевдо-параллелизм (Concurrency)	Әр түрлі ядроларда шынайы параллелизм (Parallel)
Іске асыру	Бір ағынды, оқиға циклін басқару (event loop)	Бір процесс ішіндегі жолдар	Әр түрлі процестер
Деректермен алмасу	Бір процесс ішіндегі ортақ айнымалылар, абай болу керек	Ортақ айнымалылар, блоктау (GIL Python-да)	Каналдар, кезектер, ортақ жад (аздауырақ, себебі жеке мекенжай кеңістіктері бар)
Контексті ауыстыру	Жылдам, корутин/функция деңгейінде	Жылдам, операциялық жүйе деңгейінде	Баяу, операциялық жүйе процестері деңгейінде
CPU пайдалану	Күту кезінде бос тұрады (input/output)	Күту кезінде блокталады	Барлық қол жетімді CPU ядроларын толық пайдаланады
Үздік сценарийлер	Кіріс/шығысқа байланысты тапсырмалар (желілік, файлдар)	Бір жол блоктитын тапсырмалар (GIL-мен бірге)	Есептеу интенсивті тапсырмалар
Мысал	Серверден жауап күту	Файлды фондық сақтау	Үлкен деректерді параллель өңдеу

Python-да асинхронды бағдарламалау asyncio негізінде жүзеге асады және бір ағын ішінде бірнеше кіріс/шығыс операцияларын тиімді басқаруға мүмкіндік береді. Бұл функция "тоқтатылады" және оқиға циклін басқарушыға басқаруды береді, ол басқа тапсырмаларды орындауды жалғастырады, операция аяқталғанша.

Жолдар бір процесс ішінде жұмыс істейді және ортақ жад кеңістігін бөліседі. Алайда CPython-та Global Interpreter Lock (GIL) бар, ол бірнеше жолдың бір уақытта Python кодын орындауына мүмкіндік бермейді, яғни бірнеше жолдар CPU-ның әр түрлі ядроларында бір уақытта жұмыс істей алмайды. Сондықтан жолдар көбінесе кіріс/шығыс операцияларымен байланысты тапсырмалар үшін пайдалы, себебі күту кезінде GIL босатылады. CPU-ға бағытталған тапсырмалар үшін GIL шектеу болып табылады.

Көппроцессорлық өңдеу тәуелсіз процестерді іске қосады, олардың әрқайсысында өз жад кеңістігі бар. Әр процесс өзінің Python интерпретаторын және GIL-ін пайдаланады. Бұл шынайы параллелизмге жетуге мүмкіндік береді, есептеу интенсивті тапсырмаларды CPU-ның қол жетімді ядроларына бөлу арқылы. Процестер арасындағы деректер алмасу үшін кезектер немесе каналдар сияқты нақты механизмдер қажет, себебі олар тікелей жадты бөліспейді.

# Асинхронды код мысалы
import asyncio

async def task1():
    print("Тапсырма 1 басталды")
    await asyncio.sleep(1) # Асинхронды операцияны имитациялау
    print("Тапсырма 1 аяқталды")

async def task2():
    print("Тапсырма 2 басталды")
    await asyncio.sleep(2) # Асинхронды операцияны имитациялау
    print("Тапсырма 2 аяқталды")

async def main():
    await asyncio.gather(task1(), task2())

# Оқиға циклін іске қосу
if __name__ == "__main__":
    asyncio.run(main())

# Жолдарды қолдану мысалы
import threading
import time

def task1():
    print("Жол 1 басталды")
    time.sleep(1) # Негізгі жолды блоктайды (GIL тұрғысынан)
    print("Жол 1 аяқталды")

def task2():
    print("Жол 2 басталды")
    time.sleep(2) # Негізгі жолды блоктайды (GIL тұрғысынан)
    print("Жол 2 аяқталды")

# Жолдарды құру және іске қосу
thread1 = threading.Thread(target=task1)
thread2 = threading.Thread(target=task2)

thread1.start()
thread2.start()

# Жолдардың аяқталуын күту
thread1.join()
thread2.join()

print("Барлық жолдар аяқталды")

# Көппроцессорлық өңдеу мысалы
import multiprocessing
import time

def task1():
    print(f"Процесс 1 басталды (PID: {multiprocessing.current_process().pid})")
    time.sleep(1) # Басқа процестерден тәуелсіз жұмыс істейді
    print(f"Процесс 1 аяқталды (PID: {multiprocessing.current_process().pid})")

def task2():
    print(f"Процесс 2 басталды (PID: {multiprocessing.current_process().pid})")
    time.sleep(2) # Басқа процестерден тәуелсіз жұмыс істейді
    print(f"Процесс 2 аяқталды (PID: {multiprocessing.current_process().pid})")

# Процестерді құру және іске қосу
if __name__ == "__main__":
    process1 = multiprocessing.Process(target=task1)
    process2 = multiprocessing.Process(target=task2)

    process1.start()
    process2.start()

    # Процестердің аяқталуын күту
    process1.join()
    process2.join()

    print("Барлық процестер аяқталды")

Асинхронды бағдарламалау, ағындар және көппроцессорлық өңдеу арасындағы айырмашылық неде?