همزمانی یک ویژگی اساسی در توسعه نرم‌افزارهای مدرن است که به برنامه‌ها اجازه می‌دهد تا وظایف مختلف را به صورت همزمان اجرا کنند. پایتون چندین تکنیک برای همزمانی ارائه می‌دهد، از جمله asyncio، threading و multiprocessing. هر رویکرد دارای مزایا و معایب خاص خود است، بنابراین مهم است که تفاوت‌های بین آنها را بشناسید تا بتوانید مناسب‌ترین تکنیک را برای استفاده خاص خود انتخاب کنید.

استفاده از Threading در پایتون

Threading تکنیکی است که در آن چندین رشته اجرایی در یک فرآیند واحد اجرا می‌شوند. هر رشته به طور مستقل عمل می‌کند و به برنامه اجازه می‌دهد تا وظایف مختلف را به صورت همزمان انجام دهد. ماژول threading در پایتون یک رابط ساده و آسان برای ایجاد و مدیریت رشته‌ها فراهم می‌کند.

یکی از مزایای اصلی threading این است که امکان اشتراک‌گذاری داده‌ها بین رشته‌ها را به راحتی فراهم می‌کند. این می‌تواند زمانی مفید باشد که چندین رشته نیاز به دسترسی به منابع یکسانی مانند پایگاه داده یا سیستم فایل دارند. با این حال، threading محدودیت‌هایی نیز دارد. به دلیل قفل مفسر جهانی (GIL)، فقط یک رشته می‌تواند در یک زمان کد پایتون را اجرا کند، که این امر برای وظایف محاسباتی (CPU-bound) نامناسب است.

استفاده از Multiprocessing در پایتون

Multiprocessing تکنیکی است که در آن چندین فرآیند به طور مستقل از یکدیگر اجرا می‌شوند و هر فرآیند دارای فضای حافظه مخصوص به خود است. ماژول multiprocessing در پایتون یک رابط ساده و آسان برای ایجاد و مدیریت فرآیندها فراهم می‌کند. برخلاف threading، multiprocessing برای وظایف محاسباتی مناسب است زیرا به برنامه اجازه می‌دهد از هسته‌های متعدد CPU استفاده کند.

با این حال، multiprocessing نیز محدودیت‌هایی دارد، مانند دشواری در اشتراک‌گذاری داده‌ها بین فرآیندها به دلیل عدم وجود حافظه مشترک. شروع و توقف فرآیندها نیز می‌تواند از نظر هزینه پردازشی گران‌تر از شروع و توقف رشته‌ها باشد.

برنامه‌نویسی غیرهمزمان (Asynchronous) در پایتون

برنامه‌نویسی غیرهمزمان تکنیکی است که در آن یک رشته اجرایی می‌تواند وظایف متعددی را به طور همزمان انجام دهد. این کار با استفاده از coroutineها و یک حلقه رویداد انجام می‌شود. ماژول asyncio در پایتون یک رابط ساده و آسان برای ایجاد و مدیریت وظایف غیرهمزمان فراهم می‌کند.

برنامه‌نویسی غیرهمزمان برای وظایف وابسته به ورودی/خروجی (I/O-bound) ایده‌آل است زیرا به برنامه اجازه می‌دهد در حین انتظار برای تکمیل عملیات I/O وظایف دیگری را انجام دهد و از منابع سیستم به طور موثرتری استفاده کند. با این حال، پیش‌بینی و دلیل‌گیری در مورد ترتیب اجرای وظایف به دلیل قابلیت توقف coroutineها در هر زمان می‌تواند چالش‌برانگیز باشد.

انتخاب تکنیک مناسب برای همزمانی در پروژه شما

انتخاب تکنیک مناسب برای همزمانی در پروژه شما بستگی به استفاده خاص دارد. threading برای وظایف I/O-bound و اشتراک‌گذاری داده‌ها بین رشته‌ها ایده‌آل است. multiprocessing برای وظایف محاسباتی و استفاده از هسته‌های متعدد CPU مناسب است. برنامه‌نویسی غیرهمزمان برای وظایف I/O-bound با همزمانی بالا بسیار مناسب است، اما ممکن است پیش‌بینی ترتیب اجرای وظایف دشوار باشد.

به عنوان مثال، اگر نیاز به نوشتن یک وب کراولر دارید که داده‌ها را از چندین وب‌سایت دریافت می‌کند، threading یا برنامه‌نویسی غیرهمزمان ممکن است مناسب باشد. در مقابل، اگر نیاز به انجام یک وظیفه محاسباتی سنگین مانند ضرب ماتریس‌ها دارید، multiprocessing احتمالاً بهترین گزینه است.