القنوات المخزنة (Buffered) مقابل غير المخزنة

جزء من قسم البرمجة كائنية التوجه في رحلة GO على Coddy. الدرس 61 من 107.

القنوات التي استخدمناها حتى الآن هي قنوات غير مُخزَّنة مؤقتًا. ليس لديها capacity للاحتفاظ بالقيم. تحجب عملية الإرسال حتى تستقبل goroutine أخرى، والعكس صحيح. تضيف القنوات Buffered مساحة تخزين داخلية، مما يسمح لعمليات الإرسال بالاكتمال دون وجود مستقبِل فوري.

أنشئ قناةً مخزَّنة مؤقتًا بتمرير السعة إلى make:

// غير مُخزَّن - السعة 0
unbuffered := make(chan int)

// مُخزَّن - السعة 3
buffered := make(chan int, 3)

مع buffered channel، لا تُسبب عمليات الإرسال block إلا عندما يكون buffer full، ولا تُسبب عمليات الاستقبال block إلا عندما يكون buffer فارغًا:

ch := make(chan string, 2)

ch <- "first"   // لا يحجب - المخزن المؤقت به مساحة
ch <- "second"  // لا يحجب - المخزن المؤقت به مساحة
// ch <- "third" سيحجب - المخزن المؤقت ممتلئ

fmt.Println(<-ch)  // "first"
fmt.Println(<-ch)  // "second"

استخدم len(ch) للتحقق من عدد العناصر الموجودة حاليًا في buffer، وcap(ch) للسعة الإجمالية.

متى تستخدم كلًّا منهما: توفر القنوات غير المخزنة مزامنة محكمة: يعرف المُرسِل أن المُستقبِل قد حصل على القيمة. تفصل القنوات Buffered بين توقيت المُرسِل والمُستقبِل، وهو أمر مفيد عندما يعمل المُنتِجون والمُستهلكون بسرعات مختلفة. ومع ذلك، قد تخفي القنوات Buffered أخطاء المزامنة، لذا يُفضَّل استخدام القنوات غير المخزنة ما لم يكن لديك سبب محدد لاستخدام التخزين المؤقت.

التحدي

سهل

لنبنِ معالجًا دُفعيًا يوضّح الفرق بين القنوات ذات التخزين المؤقت والقنوات غير المخزِّنة مؤقتًا. ستنشئ نظامًا يرسل فيه منتِج عناصر إلى معالج، باستخدام قنوات ذات تخزين مؤقت لفصل توقيتهما والسماح للمنتِج بالعمل مسبقًا.

ستنظّم التعليمات البرمجية عبر ملفين:

processor.go: عرّف منطق المعالجة الدُفعية باستخدام القنوات.
أنشئ بنية Item تحتوي على حقلي ID (int) وValue (string).

نفّذ دالتين:
- Producer(items []Item, out chan Item) - ترسل كل item إلى قناة الإخراج. بعد إرسال كل item، اطبع: Produced item [ID]. بعد إرسال جميع items، اطبع العدد الحالي للعناصر المنتظرة في buffer باستخدام len(out) بالتنسيق: Buffer has [count] items. ثم أغلق القناة.
- Consumer(in chan Item) []string - تستقبل items من قناة الإدخال وتجمعها في شريحة من السلاسل النصية المنسّقة. لكل item مستلَم، يجب أن تكون السلسلة: Consumed: [ID] - [Value]. أعد الشريحة عند إغلاق القناة.
main.go: أنشئ القناة ذات التخزين المؤقت ونسّق عمل المنتج والمستهلك.
اقرأ سعة buffer، ثم عدد items، يليه ID وقيمة كل item. أنشئ قناة ذات تخزين مؤقت بالسعة المحددة. شغّل Producer أولًا (وليس باعتباره goroutine) لملء buffer، ثم شغّل Consumer لمعالجة جميع items. اطبع كل نتيجة مستهلَكة في سطر منفصل.

سيتم توفير المدخلات التالية:

السطر 1: سعة Buffer (عدد صحيح)
السطر 2: عدد items (عدد صحيح)
الأسطر التالية: لكل item، سطران - ID الخاص بـ item (عدد صحيح)، ثم قيمته (سلسلة نصية)

على سبيل المثال، بالنظر إلى:

3
3
1
apple
2
banana
3
cherry

يجب أن يكون الناتج:

Produced item 1
Produced item 2
Produced item 3
Buffer has 3 items
Consumed: 1 - apple
Consumed: 2 - banana
Consumed: 3 - cherry

لاحظ أنه مع سعة buffer تساوي 3، يستطيع المنتج إرسال جميع items الثلاثة من دون حظر، ويعرض buffer ثلاثة items منتظرة قبل بدء المستهلك. إذا كان buffer أصغر من عدد items، فسيتوقف المنتج منتظرًا توفر مساحة.

جرّب بنفسك

package main

import (
	"bufio"
	"fmt"
	"os"
	"strconv"
	"strings"
)

func main() {
	reader := bufio.NewReader(os.Stdin)

	// اقرأ سعة المخزن المؤقت
	line, _ := reader.ReadString('\n')
	bufferCapacity, _ := strconv.Atoi(strings.TrimSpace(line))

	// اقرأ عدد العناصر
	line, _ = reader.ReadString('\n')
	numItems, _ := strconv.Atoi(strings.TrimSpace(line))

	// اقرأ ID و Value لكل عنصر
	items := make([]Item, numItems)
	for i := 0; i < numItems; i++ {
		line, _ = reader.ReadString('\n')
		id, _ := strconv.Atoi(strings.TrimSpace(line))
		line, _ = reader.ReadString('\n')
		value := strings.TrimSpace(line)
		items[i] = Item{ID: id, Value: value}
	}

	// TODO: أنشئ قناة مخزّنة بالسعة المحددة

	// TODO: شغّل الـ Producer (وليس كـ goroutine) لملء المخزن المؤقت

	// TODO: شغّل الـ Consumer لمعالجة جميع العناصر

	// TODO: اطبع كل نتيجة مُستهلكة في سطر منفصل
}