Concurrent là gì? Phân biệt sự khác biệt giữa lập trình Concurrent vs Parallel

1. Khái quát concurrent là gì

Ở phần đầu tiên của bài viết, chúng ta hãy cùng tìm hiểu định nghĩa Concurrent là gì và các nguyên tắc của nó.

1.1. Concurrent là gì?

Lập trình Concurrent là một kỹ thuật lập trình nâng cao, cho phép lập trình viên thực thi nhiều tác vụ cùng một lúc. Đây là một cách tiếp cận hiệu quả để cải thiện hiệu suất và khả năng đáp ứng của chương trình, đặc biệt là với các hệ thống có nhiều bộ xử lý. Trong lập trình Concurrent, các tác vụ riêng lẻ được gọi là luồng hoặc tiến trình. Chúng có thể chạy độc lập, chia sẻ tài nguyên và tương tác với nhau.

Lấy ví dụ như bạn đi mua Coca Cola, phía trước máy bán hàng tự động có hai hàng người đang xếp hàng. Tại một thời điểm chỉ có một người trong một hàng lấy được nước, nhưng cả hai hàng đều đang tiến tới để lấy. Bạn hãy xem hình ảnh bên dưới để hiểu rõ hơn và hình ảnh tương ứng của một quy trình máy tính.

Concurrent: 2 hàng đợi và 1 máy bán hàng tự động

Concurrent: 2 tác vụ và 1 lõi CPU

1.2. Nguyên tắc của Concurrent
Khi làm việc với lập trình Concurrent, bạn cần hiểu các nguyên tắc của Concurrent là gì. Một số nguyên tắc chính bao gồm:

• Parallelism (tính song song): Các chương trình Concurrent có thể chạy đồng thời nhiều tiến trình hoặc luồng, sử dụng nhiều đơn vị xử lý có sẵn trong hệ thống máy tính.
• Non-determinism (tính không xác định): Do thứ tự thực thi không thể đoán trước, các chương trình Concurrent có thể cho ra kết quả khác nhau trong các lần chạy khác nhau, khiến việc gỡ lỗi và kiểm tra trở nên phức tạp hơn. Tính không xác định phát sinh khi các luồng hoặc tiến trình truy cập các tài nguyên chia sẻ và tương tác với nhau.
• Synchronization (đồng bộ hóa): Các chương trình Concurrent sử dụng cơ chế đồng bộ hóa để điều phối quyền truy cập vào các tài nguyên được chia sẻ, đảm bảo quyền truy cập, bảo vệ tài nguyên để ngăn chặn sự không nhất quán dữ liệu.

2. Lợi ích và thách thức của Concurrent

Lập trình Concurrent mang đến rất nhiều lợi ích có thể kể đến là:

• Cải thiện hiệu suất: Bằng cách phân phối nhiều tác vụ trên nhiều đơn vị xử lý, các chương trình Concurrent có thể cải thiện hiệu suất đáng kể và giảm thời gian thực hiện các hoạt động tính toán chuyên sâu.
• Nâng cao khả năng phản hồi: Bằng cách thực thi đồng thời, các tác vụ chạy dài hoặc bị chặn có thể chạy ở chế độ nền trong khi các tác vụ khác vẫn đang chạy. Việc này đảm bảo chương trình vẫn phản hồi dữ liệu đầu vào của người dùng.
• Sử dụng tài nguyên hiệu quả: Lập trình Concurrent cho phép sử dụng tối đa hiệu quả của các tài nguyên hệ thống như thời gian CPU, bộ nhớ và thiết bị I/O, khiến hiệu suất tổng thể của hệ thống được cải thiện rõ ràng.

Mặc dù có nhiều lợi ích, nhưng lập trình Concurrent cũng phải đối mặt với một số thách thức, chẳng hạn như:

• Độ phức tạp ngày càng tăng lên: Việc thiết kế, viết, gỡ lỗi và duy trì các chương trình concurrent thường phức tạp hơn các chương trình khác do đồng bộ hóa, deadlocks hoặc livelocks.
• Tranh chấp tài nguyên: Các luồng hoặc quy trình trong một chương trình Concurrent có thể cạnh tranh để giành các tài nguyên khan hiếm. Điều này là nguyên nhân gây ra sự chậm trễ, tranh chấp hoặc cho ra kết quả không nhất quán.
• Phụ thuộc vào nền tảng: Các hệ điều hành và kiến trúc phần cứng khác nhau xử lý Concurrent theo các cách khác nhau. Dẫn đến việc, các chương trình Concurrent có thể sẽ cần phải sửa đổi hoặc tối ưu hơn để chạy hiệu quả trên các nền tảng khác nhau.

Nhìn chung, sự hiểu biết chi tiết từ khái niệm lập trình Concurrent là gì, đến các nguyên tắc, thành phần và lợi ích giúp bạn phát triển các ứng dụng hiệu quả. Bên cạnh đó, bạn luôn nhận thức được những thách thức đi kèm với hoạt động concurrent và giải quyết chúng một cách chủ động.

3. Sự khác biệt giữa lập trình Concurrent vs Parallel

Để phân biệt sức khác nhau giữa lập trình Parallel và lập trình Concurrent là gì, bạn cần hiểu các đặc điểm, sự phức tạp và ứng dụng của chúng trong thực tế. Mặc dù cả hai phương pháp đều nhằm mục đích cải thiện tính hiệu quả của chương trình bằng cách chạy nhiều tác vụ, nhưng có những khác biệt trong cách hoạt động của Concurrent vs Parallel. Cả lập trình Concurrent và Parallel là những khái niệm liên quan đến nhau nhưng không đồng nghĩa.

• Lập trình Concurrent thiên về cấu trúc logic và hành vi của chương trình, trong khi lập trình Parallel thiên về thực thi vật lý và tối ưu hóa chương trình.
• Các chương trình Concurrent có thể thực thi trên bộ xử lý lõi đơn hoặc đa lõi, còn các chương trình Parallel yêu cầu hệ thống đa lõi hoặc phân tán để chạy.
• Các chương trình Concurrent có thể thực thi nhiều tác vụ cùng một lúc, nhưng không nhất thiết là song song. Ví dụ: một máy chủ web xử lý nhiều yêu cầu Concurrent sẽ không thể thực thi song song nếu chỉ có một bộ xử lý. 
• Tương tự, các chương trình Parallel có thể thực thi đồng thời, nhưng không phải tất cả các chương trình song song đều thực thi đồng thời. Ví dụ: phép nhân ma trận chạy trên nhiều lõi có thể không đồng thời nếu không có bất kỳ sự phối hợp hoặc đồng bộ hóa nào giữa chúng.

Tóm lại, Concurrent vs Parallel là những mô hình lập trình riêng biệt với các đặc điểm khác nhau. Lập trình Concurrent chủ yếu liên quan đến việc phối hợp và quản lý hiệu quả nhiều tác vụ, bất kể chúng có được thực thi đồng thời hay không. Trong khi lập trình Parallel xoay quanh việc thực thi song song các tác vụ trên nhiều đơn vị xử lý để nâng cao hiệu suất tính toán. Hiểu những khác biệt này là rất quan trọng khi bạn lựa chọn mô hình lập trình phù hợp để xây dựng chương trình.

4. Lời Kết

Qua bài viết, chúng ta đã cùng tìm hiểu về khái niệm cơ bản Concurrent là gì, các nguyên tắc, thách thức của mô hình lập trình này. Bên cạnh đó, ICANTECH cũng giúp bạn phân biệt sự khác nhau giữa Concurrent vs Parallel mà nhiều người còn đang nhầm lẫn. Hiện nay, có một số ngôn ngữ lập trình hỗ trợ concurrent như Python, Java hoặc C++ mà bạn có thể học có thêm kiến thức về concurrent và cải thiện kỹ năng của mình.

Cảm ơn bạn đã đọc bài viết, nếu bạn đang quan tâm đến học lập trình online thì hãy tham khảo ngay các khóa học lập trình dưới đây tại ICANTECH nhé

Nguồn ảnh: ICANTECH.