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Laprogrammation concurrente est unparadigme de programmation tenant compte, dans un programme, de l'existence de plusieurs piles sémantiques qui peuvent être appeléesthreads,processus outâches. Elles sont matérialisées en machine par unepile d'exécution et un ensemble de données privées.
La concurrence est indispensable lorsque l'on souhaite écrire des programmes interagissant avec le monde réel (qui est concurrent) ou tirant parti de multiples unités centrales (couplées, comme dans un système multiprocesseurs, ou distribuées, éventuellement en grille ou en grappe).
On distingue trois types de concurrence :
La programmation concurrente est plus complexe que laprogrammation impérative,fonctionnelle ou encoredéclarative. En fait, à chacun de ces modèles de programmation, on peut associer une version concurrente, par extension de la sémantique du langage de programmation associé. Par exemple,Prolog a été étendu en Concurrent Prolog,Haskell avec Concurrent Haskell,Java etAda sont des langages à objets avec des primitives pour la concurrence, etc.
Les techniques spécifiques pour le traitement de la concurrence peuvent être classées en allant de la moins expressive (mais la plus facile à utiliser) à la plus expressive (et la plus complexe). On peut utiliser les niveaux suivants :
Le phénomène central introduit par la concurrence est le suivant : dans un programme non concurrent, ou séquentiel, l'ordre d'exécution des instructions élémentaires du programme est unordre total qui reste le même d'une exécution à l'autre pour les mêmes paramètres en entrée. Dans un programme concurrent, l'exécution forme un ordre partiel. Comme la politique d'ordonnancement est généralement inconnue (elle est déterminée par lenoyau dusystème d'exploitation par exemple) ou incontrôlée, on parle de l'indéterminisme de l'ordre d'exécution.
Les problèmes induits par la concurrence se manifestent dans les cas de la concurrence compétitive et coopérative. À cause de l'indéterminisme de l'exécution, l'accès à des données partagées par les entités concurrentes peut conduire à des incohérences au niveau des relations liant ces données. Pour cela, on a historiquement utilisé différentes primitives de synchronisation comme lesmutex, lesmoniteurs ou encore lessémaphores. Ces différentes primitives sont toutes une forme plus ou moins évoluée de verrouillage qui sert à mettre en place la synchronisation des entités concurrentes (sur une ressource ou plus généralement une section critique). Mais leur utilisation ne s'effectue pas sans difficultés, on distingue notamment deux problèmes majeurs :
Des abstractions de plus haut niveau ont été développées afin de disposer de l'expressivité de la concurrence sans les inconvénients associés à l'usage des primitives de synchronisation de bas niveau.
Pour chaque type de programmation concurrente, on dispose d'abstractions de haut niveau facilitant l'écriture de programmes concurrents.
Dans le cas de processus en compétition pour des ressources partagées, la notion detransaction a été développée dès les années 1970. Les systèmes transactionnels, utilisés principalement pour desbases de données partagées, s'appuient sur la théorie de la sérialisabilité pour garantir un accès concurrent à des ressources partagées (concurrence de type 4 et 5). Lamémoire transactionnelle logicielle (STM) est une tentative pour appliquer ce modèle des transactions d'une façon plus générale à toute opération sur la mémoire, elle présente plusieurs avantages sur l'approche classique par verrous et connaît depuis peu un grand regain d'intérêt.
Dans le cas de processus en coopération en vue d'un but commun, au moins deux techniques ont fait leurs preuves : la communication inter-processus utilisant exclusivement l'envoi de messages, et la synchronisationdataflow, c’est-à-dire l'ordonnancement dynamique desthreads en fonction de la disponibilité des données (au moyen de variables spéciales de typefuture ouvariable logique). Les langages de programmationErlang ouOz permettent d'écrire des applications concurrentes et distribuées, avec un soin particulier apporté aux questions degestion d'exception. Erlang et Oz exploitent le principe de l'envoi de messages, et Oz offre de plus la synchronisationdataflow.
: :| Principes de base | |
|---|---|
| Patrons de conception | |
| Problèmes classiques | |
| Impérative |
| ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Déclarative | |||||
| Métaprogrammation | |||||
| Autres | |||||
| Comparaison des langages de programmation multi-paradigmes | |||||
Domaines de l'informatique | |
|---|---|
| Remarque : cette liste s'inspire dusystème de classification informatique de l'ACM édité en2012 | |
| Matériel | |
| Appareil et organisation d'unsystème | |
| Réseau | |
| Organisation dulogiciel | |
| Théorie etoutil (en) de programmation | |
| Développement de logiciel | |
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