La programación asíncrona es uno de los primeros temas avanzados que encontrarás al programar, especialmente si desarrollas aplicaciones web. Esto es aún más común si haces JavaScript, que es un lenguaje que se usa en entornos de ejecución asíncronos.
En este artículo la explicaremos para que puedas programar de manera asíncrona con seguridad.
¿Por qué existe? - El caso de la programación asíncrona
Imagínate un proceso de la vida real en el que tengas una conjunto de recursos limitados, que sean completamente necesarios para terminar el trabajo. Por ejemplo, imagina que quieres hacer una comida especial, en la que necesitas usar un horno. En el horno puedes poner un platillo a la vez, ya que requiere un tiempo y temperatura específica. Pero este platillo especial tal vez va acompañado de una sopa que puedes hacer mientras el platillo principal está en el horno.
En términos computacionales, estas dos tareas están sucediendo de manera concurrente, aunque tú literalmente no estés haciendo ambas cosas al mismo tiempo. No vale la pena que te sientes a esperar a que el lomo del horno esté listo para empezar a hacer la sopa. Puedes hacer la sopa mientras esperas, ya que no ocupan los mismos recursos.
Exactamente pasa lo mismo en los programas de computadora, se tienen que ejecutar tareas que usan recursos compartidos o lentos, como por ejemplo el sistema de archivos o la red. En la programación web también se da que el programa está esperando la respuesta de el usuario y mientras tanto puede seguir haciendo otras cosas. Aquí es donde entra la programación asíncrona.
¿Qué es la programación asíncrona?
Para entenderla primero tenemos que entender la programación tradicional o síncrona (creo que la palabra correcta en español es sincrónica).
En la programación tradicional, las cosas siempre suceden en un orden estricto: una instrucción empieza y hasta que no se termina, no se ejecuta la siguiente. Observa el siguiente código, en Python, para a abrir un arhivo:
with open("archivo.txt", "r") as file:
data = file.read()
print("Archivo leído")
print("Log final")
El resultado de este código es:
Archivo leído
Log final
En este código todo sucede de manera perfectamente secuencial.
Pero en lenguajes con programación asíncrona, esta operación que es tardada en términos computacionales se puede hacer de manera asíncrona, es decir fuera de orden.
const fs = require("fs");
fs.readFile("archivo.txt", "utf8", (err, data) => {
console.log("Archivo leído");
});
console.log("Esperando a que se lea el archivo");
El resultado de este código es:
Esperando a que se lea el archivo
Archivo leído
Observa cómo en esta versión, el código que está ANTES: console.log("Archivo leído"),
se ejecuta DESPUÉS. Esto es una demostración de código asíncrono.
La explicación a esto está en que con la programación asíncrona podemos modificar cuándo se ejecutan las cosas. Pero otra visión es que se pueden ejecutar cosas en diferentes “lados” o “momentos” y tú elegir cuándo usas los resultados de la ejecución.
Usamos este ejemplo de abrir un archivo porque por su naturaleza es lento (comparado) con cálculos u operaciones comunes.
La programación asíncrona es un forma de ejecutar las acciones de tu programa en la que no se espera siempre que una acción o instrucción termine para continuar con el programa.
Como vimos en el primer ejemplo, en la programación síncrona (también llamada bloqueante [blocking]), ninguna acción comienza hasta que le previa haya terminado. En la programación asíncrona, con técnicas o palabras reservadas específicas le indicamos al motor de ejecución que no es necesario a que una acción termine para continuar con la siguiente, pero también le podemos decir qué hacer cuando la acción termine. Por esto mismo, la programación asíncrona también se conoce como no bloqueante (non-blocking).
Para qué sirve la programación asíncrona
Veamos las restricciones que tenemos, para entender por qué es útil. Cuando creas un sistema, la velocidad de ejecución puede verse limitada por dos categorías de cosas:
- De los cálculos que estás haciendo
- De la información que estás obteniendo o guardando en algún lugar
En el primer caso, llamamos a la ejecución CPU bound y en el segundo I/O bound. En español me gusta llamarle limitado por el procesador y limitado por la entrada y salida de datos.
CPU bound - limitado por la cantidad de cálculos que puedes hacer
Cuando tu programa es pesado en los cálculos que tiene que hacer, como cuando tienes que procesar multimedia, hacer multiplicación de matrices o cosas similares, puedes decir que tu programa es CPU bound, o que está limitado por el poder de procesamiento. Es decir, mientras más poderoso sea el procesador, más rápido será tu programa. Esto también es cierto si tienes múltiples procesadores y puedes distribuir el cómputo entre ellos, por ejemplo:
- Si tienes un procesador con múltiples cores o múltiples hilos de ejecución físicos
- Si tienes múltiples computadoras en una red
En el primer caso, necesitas una plataforma que te ayude a utilizar el poder de procesamiento de los múltiples cores, sea implícitamente o explícitamente. Por ejemplo plataformas como la máquina virtual de Erlang (llamada BEAM), automáticamente distribuyen la carga en los múltiples cores disponibles. En otros lenguajes como en Python, tienes que hacerlo explícitamente, pero incluso eso tiene limitaciones. Pero esto que te estoy diciendo es programación concurrente.
La programación asíncrona se puede ver como una herramienta para manejar la programación concurrente y hacerla más sencilla. Piénsala como en una capa de abstracción sobre la programación concurrente, que te permite expresar de forma explícita que otras partes del programa pueden estarse ejecutando en otro tiempo o en otro espacio (proceso o hilo).
I/O bound - limitado por la velocidad de entrada y salida de datos
Cuando un programa consume o produce mucha información tiene que ponerla en algún lugar. Este lugar puede ser:
- La memoria RAM
- El disco duro (o sistema de archivos)
- La red (mandarla o pedirla a otra computadora)
Cuando tu programa hace mucho esto, se dice que el programa está limitado por la velocidad de entrada y salida de datos, o I/O bound.
La programación asíncrona te puede ayudar de manera más sencilla, sobre todo en el caso de las peticiones de red. ¿Cómo? Justo en el ejemplo que vimos antes de abrir un archivo: mientras esperas a que el disco duro lea el archivo y lo mande por el bus de datos y se cargue en la memoria RAM (que son AÑOS computacionalmente hablando), podemos seguir haciendo otras cosas. Igual que en el caso anterior, estos procesos son concurrentes, y una de las maneras más sencillas de expresarlo es con la programación asíncrona, en el que simplemente decimos que en algún momento podemos usar el resultado de la lectura del archivo.
Exactamente pasa lo mismo en el caso de las peticiones de red (que son EONES comparadas con la lectura de archivos o cálculos comunes). De hecho, el manejo de esas peticiones y de todo lo relacionado con entrada y salida de datos es uno de los secretos de por qué Node.js es tan bueno para manejar peticiones HTTP.
Conclusión
Entender la programación asíncrona es esencial en la programación moderna, muchos lenguajes y sobre todo entornos de ejecución lo implementan. Entenderla y usarla te ayudará a crear programas más eficientes y que cumplan con el rendimiento que tus usuario esperan. En un artículo futuro veremos una comparación entre programación asíncrona y programación concurrente manejada de otras maneras.
Comentar