同步式編程

同步式（synchronous）編程，也叫做同步式響應式編程或縮寫為SRP，是為響應式系統編程而優化的一種計算機編程范型。同步式編程語言，是支持同步式編程范型的計算機編程語言。

響應式系統

計算機系統可以歸入三大類別：

1. 變換式系統，接受輸入、對其進行處理、遞送出輸出、並終止它們的執行，典型例子是編譯器；
2. 交互式系統，按自己的速度、連續的與它們的環境進行交互，典型的例子是web；
3. 響應式系統，按照它們的環境所施加的速度、連續的與它們的環境進行交互，典型的例子是現代飛機上的自動飛行控制系統。響應式系統因此必須在嚴格的時間界限內，對來自環境的刺激（stimuli）進行響應。為此它們經常叫做實時系統，並經常見於嵌入式系統。

編程范型

同步式編程的原理是對編程語言做同步抽象，使之同樣於在數字電路中的那種同步抽象。同步電路實際上是在高層抽象上設計的，這裡的電子晶體管的時序特徵被忽略了。因此每個邏輯門（或門、與門等）都被假定為瞬時計算出結果，每條連線都被假定為瞬時傳輸信號。同步電路是有時鐘的，在它的時鐘的每個時間標記（tick）上，它瞬時從它的輸入值，和它的記憶單元（鎖存器）的當前值，計算出它的輸出值，和它的記憶單元的新的值。換句話說，電路表現的如同電子流動得無限的快速。第一批同步式編程語言在1980年代於法國發明：Esterel、Lustre和SIGNAL。此後又出現了很多其他的同步式語言。

同步與異步比較

同步抽象，使得關於時間的推理，比在異步式程序中更加容易，這得益於邏輯「時間標記」的概念：同步式程序在一序列的時間標記中對它的環境進行響應，而在一個時間標記之內的計算被假定為瞬時的，就是說，如同處理器以無限快的速度執行了它們。

語句a||b因此抽象為包（package）ab，這裡的a和b是同時的。舉個具體例子，Esterel語句every 60 second emit minute，規定了信號minute（分鐘）精確的同步於信號second（秒）的第60次出現。在更基礎的層面，同步抽象消去了由於交錯的（interleave）並發行為而導致的非確定性。這允許了確定性（deterministic）語義，因此使得同步式程序經受得起形式分析、驗證和有保證的代碼生成，並可用作形式規定形式化。

相反的，在計算的異步模型中，在一個順序的處理器上，語句a||b可以實現為要麼a;b要麼b;a。這叫做「基於交錯的非確定性」。異步模型的缺點是它在根本上不允許確定性語義（例如有競爭條件），這使得形式推理比如分析和驗證更加複雜。儘管如此，異步式形式化對於建模、設計和驗證分布式系統是非常有用的，因為它們本質上是異步的。

同步模型還對立於具有基本上「同步交互」進程的系統。一個例子是基於通信順序進程（CSP）模型建造的系統，它還允許非確定性選擇。

同步式編程語言

• Argos
• Atom
• Averest
• ChucK
• Esterel
• LabVIEW
• LEA
• Lustre
• Lucid Synchrone
• PLEXIL
• SIGNAL（啟用多時鐘規定的面向數據流程的同步式語言）
• SOL
• SyncCharts

參見

• 並發性

參考

• Nicolas Halbwachs. "Synchronous programming of reactive systems". Kluwer Academic Publishers, 1993. http://www-verimag.imag.fr/~halbwach/newbook.pdf （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

外部連結

• The Synchronous group （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） at Verimag lab.
• The SIGNAL programming language （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）.