Permasalahan Pada Concurrency

Membuat concurrent program ? Banyak developer sering mengeluhkan itu sulit. Selain kodenya bisa dibilang sulit dituliskan, terdapat juga beberapa tantangan yang perlu dihadapi. Ada beberapa permasalahan yang wajib bisa kita tangani pada concurrency, yaitu deadlocks, livelocks, starvation dan juga race conditions.

Deadlocks

Untuk menjamin bahwa kode concurrent bisa disinkronkan dengan benar, apa salah satu hal yang tidak bisa dihindari ? Kita perlu menunda/memblokir eksekusi saat sebuah perintah diselesaikan di thread yang berbeda. Hal tersebut disebabkan oleh deadlocks, yaitu sebuah kondisi di mana dua proses atau lebih saling menunggu proses yang lain untuk melepaskan resource yang sedang digunakan.

Deadlocks mengakibatkan proses-proses yang sedang berjalan, tak kunjung selesai. Kasus ini merupakan umum terjadi ketika banyak proses yang saling berbagi sumber daya. Dalam situasi yang bisa dibilang cukup kompleks itu, tak jarang salah satu proses harus terpaksa diberhentikan.

Kasus deadlocks sebenarnya bisa kita amati pada kehidupan nyata. Sebagai contoh, perhatikan ilustrasi berikut ini:

Ilustrasi di atas menggambarkan antrian dua mobil yang sama-sama akan menyeberangi sebuah jembatan.

Jembatan tersebut bisa kita analogikan sebagai sebuah resource yang dibutuhkan oleh kedua antrian kendaraan. Karena keduanya saling membutuhkan jembatan dalam waktu yang sama, maka yang terjadi adalah saling menunggu. Alhasil, tak ada kemajuan pada proses antrian tersebut. Mau tidak mau, salah satu kendaraan harus ada yang mengalah atau dikalahkan.

Dalam programming situasi seperti itu juga umum terjadi. Misal ada 2 (dua) proses yang sama-sama menunggu proses satunya selesai, baru proses tersebut bisa selesai. Sama seperti ilustrasi mobil. Karena keduanya menunggu satu sama lain, tidak ada dari kedua proses tersebut yang akan selesai. Tugas selanjutnya pun tidak akan pernah bisa dijalankan.

Dalam sebuah sistem jaringan kerap jadi masalah pemicu deadlocks. Terlebih jika problem tersebut dibarengi race condition. Alhasil, apa yang terjadi? Muncullah kondisi-kondisi tak terduga yang membuat deadlocks jauh lebih rumit dibandingkan dengan masalah antrian proses.

Livelocks

Sama halnya dengan deadlocks, livelocks juga merupakan kondisi di mana sebuah proses tidak bisa melanjutkan tugasnya. Namun yang membedakannya adalah bahwa selama livelocks terjadi, keadaan dari aplikasi tetap bisa berubah. Walaupun perubahan keadaan tersebut menyebabkan proses berjalan dengan tidak semestinya.

Pernahkah suatu ketika Anda berjalan di trotoar dan secara tidak langsung berhadapan dengan orang lain yang berjalan lurus tepat ke arah Anda? Ya, situasi ini pasti sering terjadi dan kadang bisa menjadi awkward moment.

Secara spontan pasti Anda dan orang tersebut akan berusaha menghindari satu sama lain dengan bergerak ke satu sisi. Tak jarang, Anda bergerak ke kiri sementara orang di depan Anda bergerak ke kanan.

Dan karena kalian berdua berjalan di arah yang berlawanan, tentunya malah menghalangi jalan masing-masing. Apakah yang akan terjadi selanjutnya?

Bisa jadi, Anda akan bergerak ke kanan, dan pada saat yang sama orang itu bergerak ke kiri. Sekali lagi kalian tidak dapat melanjutkan perjalanan. Kejadian tersebut bisa terjadi berulang kali sampai waktu yang tidak diketahui.

Livelock bisa terjadi ketika beberapa proses bisa bereaksi saat mengalami deadlocks. Proses tersebut mencoba keluar dari situasi deadlock, namun waktu yang tidak tepat, menghalanginya.

Starvation

Starvation merupakan sebuah kondisi yang biasanya terjadi setelah deadlock. Kondisi deadlock sering kali menyebabkan sebuah proses kekurangan sumber daya sehingga mengalami starvation atau kelaparan. Pada kondisi seperti ini, thread tak dapat akses reguler ke sumber daya bersama dan membuat proses terhenti.

Selain deadlock, hal lain yang bisa mengakibatkan starvation adalah ketika terjadi kesalahan sistem. Akibatnya, ada ketimpangan dalam pembagian sumber daya. Sebagai contoh, ketika satu proses bisa mendapat sumber daya, namun tidak dengan proses lain. Biasanya, kesalahan seperti itu disebabkan oleh algoritma penjadwalan (scheduling algorithm) yang kurang tepat atau bisa juga karena resource leak atau kebocoran sumber daya.

Salah satu contoh kesalahan algoritma penjadwalan bisa dilihat ketika sebuah sistem multitasking dirancang dengan tidak baik. Apa akibatnya? Dua tugas pertama selalu beralilh, sementara yang ketiga tidak pernah berjalan. Tugas ketiga itulah yang bisa dikatakan menderita starvation.

Salah satu solusi untuk starvation adalah dengan menerapkan algoritma penjadwalan dengan antrian prioritas (process priority) dan juga menerapkan teknik aging atau penuaan. Aging merupakan sebuah teknik yang secara bertahap meningkatkan prioritas sebuah proses yang menunggu dalam sistem pada waktu yang cukup lama.

Race Conditions

Pada pembahasan sebelumnya, kita sudah menyinggung istilah race conditions. Kondisi seperti apakah itu?

Race condition merupakan masalah umum pada concurrency, yaitu kondisi di mana terdapat banyak thread yang mengakses data yang dibagikan bersama dan mencoba mengubahnya secara bersamaan.

Ini bisa terjadi ketika kode concurrent yang dituliskan untuk berjalan secara sekuensial. Artinya, sebuah perintah akan selalu dijalankan dalam urutan tertentu.

Ketika race condition terjadi, maka sistem bisa saja melakukan proses yang tidak semestinya.

Pada saat itu bug akan muncul. Race condition dikenal sebagai masalah yang sulit untuk direproduksi dan di-debug, karena hasil akhirnya tidak deterministik dan tergantung pada waktu relatif dari thread yang menghalangi. Masalah yang muncul pada production bisa jadi tidak ditemukan pada saat debug.

Oleh karena itu, lebih baik menghindari race condition dengan cara berhati-hati saat merencanakan sebuah sistem. Ini lebih baik daripada harus berusaha memperbaikinya setelah itu. Lebih repot.

Contoh sederhana dari race condition bisa kita lihat pada aplikasi perbelanjaan online. Katakanlah Anda menemukan barang yang ingin Anda beli di sebuah toko online. Pada halaman deskripsi, tampil informasi bahwa stok barang hanya sisa 1 (satu).

Lalu Anda langsung mengambil keputusan dengan menekan tombol beli. Pada saat yang sama, ada pengguna lain yang ternyata lebih dahulu membelinya.

Kondisi seperti inilah yang mengakibatkan sebuah state atau keadaan, berubah tanpa Anda sadari. Jika sistem tidak dirancang sedemikian rupa, maka masalah tak terduga, bisa mengemuka