اصول CSP از Tony Hoare - الهام‌بخش طراحی Concurrency در زبان برنامه‌نویسی Go

تصویر Tony Hoare
تصویر Tony Hoare

اصول CSP

اندیشمند برجسته علوم کامپیوتر Tony Hoare، در سال ۱۹۷۸ مفهوم Communicating Sequential Processes (CSP) را معرفی کرد؛ مدلی که تأثیر عمیقی بر طراحی سیستم‌های هم‌زمان (Concurrent Systems) داشت. این مدل سه اصل کلیدی دارد:

  1. اجرای ترتیبی پردازش‌ها
    هر پردازش به گونه‌ای طراحی میشود که به صورت ترتیبی (Sequential) و مستقل اجرا شود. این اصل سادگی در طراحی و پیش‌بینی‌پذیری رفتار هر فرآیند (پردازش) را تضمین میکند.
  2. استفاده از پردازش‌گرها (Processes) برای جابجایی داده‌ها، به‌جای حافظه مشترک (Shared Memory)
    به جای به‌اشتراک‌گذاری مستقیم حافظه که منجر به پیچیدگی در هم‌زمانی (Concurrency) میشود، پروسس‌ها از طریق کانال‌های ارتباطی (Channels) اطلاعات را ارسال و دریافت میکنند. این روش، ایمنی و قابل اطمینان بودن سیستم را افزایش میدهد.
  3. مقیاس‌پذیری با افزودن پروسس‌های مشابه
    به جای طراحی پیچیده برای مدیریت مقیاس‌پذیری، سیستم میتواند با افزودن فرآیندهای (Processes) مشابه (مانند یک الگوی تکرارشونده) توسعه و مقیاس پیدا کند. این اصل، بهره‌وری و انعطاف سیستم را بهبود میبخشد.

پیاده‌سازی اصول CSP در زبان برنامه‌نویسی Go

زبان برنامه‌نویسی Go که توسط گوگل در سال ۲۰۰۹ توسعه یافت، در پیاده‌سازی مدل Concurrency اش مستقیماً از اصول CSP الهام گرفته است. سه ویژگی برجسته در Go نشان‌دهنده استفاده از این اصول هستند:

  • گوروتین‌ها (Goroutines): گوروتین‌ها واحدهای سَبُکی برای اجرای ترتیبی (Sequential) کد هستند که اجرای مستقل هر پروسس را بر اساس اصل اول تضمین می‌کنند.
  • کانال‌ها (Channels): Go به جای به‌اشتراک‌گذاری مستقیم حافظه، از کانال‌ها برای ارسال و دریافت داده میان گوروتین‌ها استفاده میکند که اصل دوم را به خوبی اجرا میکند.
  • سادگی مقیاس‌پذیری: طراحی گوروتین‌ها و کانال‌ها به گونه‌ای است که میتوان با افزودن گوروتین‌های بیشتر و بدون پیچیدگی اضافی، سیستم را مقیاس‌پذیر کرد؛ چیزی که اصل سوم CSP را تحقق میبخشد.

زبان Go با بهره‌گیری از این اصول، زبان ساده، سریع و کارآمدی برای توسعه سیستم‌های Concurrent ارائه میدهد. به همین دلیل این زبان به انتخاب اول بسیاری از مهندسان نرم‌افزار برای ساخت برنامه‌های توزیع‌شده و مقیاس‌پذیر تبدیل شده است.