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同步式編程

同步式（synchronous）編程，也叫做同步式回應式編程或縮寫為SRP，是為回應式系統編程而最佳化的一種電腦程式設計範式。同步式程式語言，是支援同步式程式設計範式的電腦程式語言。

回應式系統

電腦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. 互動式系統，按自己的速度、連續的與它們的環境進行互動，典型的例子是web；
  3. 回應式系統，按照它們的環境所施加的速度、連續的與它們的環境進行互動，典型的例子是現代飛機上的自動飛行控制系統。回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）進行回應。為此它們經常叫做即時系統，並經常見於嵌入式系統。

程式設計範式

同步式編程的原理是對程式語言做同步抽象，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，這裡的電子電晶體的時序特徵被忽略了。因此每個邏輯閘（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訊號。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。第一批同步式程式語言在1980年代於法國發明：Esterel（英語：Esterel）、Lustre和SIGNAL（英語：SIGNAL (programming language)）。此後又出現了很多其他的同步式語言。

同步與非同步比較

同步抽象，使得關於時間的推理，比在非同步（英語：Asynchrony (computer programming)）式程式中更加容易，這得益於邏輯「時間標記」的概念：同步式程式在一序列的時間標記中對它的環境進行回應，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（英語：Esterel）語句every 60 second emit minute，規定了訊號minute（分鐘）精確的同步於訊號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）並行行為而導致的非確定性。這允許了確定性（deterministic）語意，因此使得同步式程式經受得起形式分析、驗證和有保證的代碼生成，並可用作形式規定（英語：Formal specification）形式化。

相反的，在計算的非同步模型中，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」。非同步模型的缺點是它在根本上不允許確定性語意（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，非同步式形式化對於建模、設計和驗證分散式系統是非常有用的，因為它們本質上是非同步的。

同步模型還對立於具有基本上「同步互動」行程的系統。一個例子是基於交談循序程式（CSP）模型建造的系統，它還允許非確定性選擇。

同步式程式語言

參見

參照

  1. ^ G. Berry and G. Gonthier. The synchronous programming language ESTEREL: Design, semantics, implementation. Science of Computer Programming, 19(2), 1992.
  2. ^ Lucid Synchrone. [2021-03-03]. （原始內容存檔於2019-10-14）. 

參考

外部連結

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