The Future of Programming

ในคลิปวิดีโอนี้ กล่าวถึง อนาคตของการเขียนโปรแกรม วิทยากรได้นำเสนอแนวคิดสำคัญ 4 ประการที่คาดว่าจะเปลี่ยนโฉมการเขียนโค้ดในอีก 40 ปีข้างหน้า
    ประการแรกคือ การจัดการข้อมูลโดยตรง ซึ่งจะทำให้ผู้ใช้สามารถสร้างโปรแกรมได้โดยไม่ต้องเขียนโค้ด แต่ผ่านการโต้ตอบกับข้อมูลโดยตรง
    ประการที่สองคือ การเขียนโปรแกรมโดยใช้เป้าหมาย ซึ่งเน้นการระบุผลลัพธ์ที่ต้องการแทนการกำหนดขั้นตอนทีละขั้น ให้คอมพิวเตอร์เป็นผู้หาทางออกเอง
    ประการที่สามคือ การแสดงข้อมูลเชิงพื้นที่ แทนที่จะใช้ไฟล์ข้อความยาวๆ โปรแกรมจะถูกจัดระเบียบและแสดงผลในรูปแบบกราฟิกบนหน้าจอ
    และประการสุดท้ายคือ โมเดลการเขียนโปรแกรมแบบคู่ขนาน เพื่อรองรับฮาร์ดแวร์แบบมัลติโปรเซสเซอร์ที่กำลังจะมาถึง โดยทิ้งแนวคิดแบบลำดับและการใช้เธรดและล็อกที่ล้าสมัย
    โดยภาพรวมแล้ว วิทยากรชี้ให้เห็นว่าเทคโนโลยีเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว แต่ความคิดของผู้คนมักปรับตัวช้า และเตือนว่าการยึดติดกับแนวคิดเดิมๆ อาจทำให้มองไม่เห็นนวัตกรรมใหม่ๆ ที่มีประสิทธิภาพมากกว่า

สรุปเนื้อหา

วิดีโอ "Bret Victor The Future of Programming" นำเสนอโดย "Joey Reid" กล่าวถึงการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในวงการคอมพิวเตอร์และคาดการณ์อนาคตของการเขียนโปรแกรมในอีก 40 ปีข้างหน้า โดยอาศัยงานวิจัยที่น่าสนใจในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา

ผู้บรรยายเริ่มต้นด้วยการเน้นย้ำว่า เทคโนโลยีเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว แต่ความคิดของผู้คนเปลี่ยนแปลงช้า เขายกตัวอย่างกฎของมัวร์ (Moore's Law) ที่ระบุว่าขีดความสามารถของคอมพิวเตอร์เพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ ซึ่งเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ แต่การที่ผู้คนจะยอมรับแนวคิดใหม่ๆ นั้นเป็นเรื่องยาก

มีการยกตัวอย่างประวัติศาสตร์การเขียนโปรแกรมเพื่อแสดงให้เห็นถึงการต่อต้านแนวคิดใหม่ๆ

• จากไบนารีสู่อัสเซมบลี: ในยุคแรกของการเขียนโปรแกรมด้วยคอมพิวเตอร์ IBM 650 ผู้คนเขียนโปรแกรมด้วยรหัสไบนารีโดยตรง เมื่อ Stan Poley ประดิษฐ์ Assembler ซึ่งช่วยให้เขียนโปรแกรมด้วยสัญลักษณ์และตัวแปรได้ ทำให้มีประสิทธิภาพและลดข้อผิดพลาดมากขึ้น แต่โปรแกรมเมอร์ไบนารีกลับไม่สนใจและไม่เห็นคุณค่า John von Neumann นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ถึงกับไม่พอใจอย่างมากเมื่อนักศึกษาของเขาเขียน Assembler เพราะมองว่าเป็นการสิ้นเปลืองเวลาของเครื่องจักรสำหรับงานธุรการ
• จากอัสเซมบลีสู่ฟอร์แทรน: ต่อมา John Backus และเพื่อนๆ ได้คิดค้น Fortran ซึ่งเป็นภาษาระดับสูงที่สามารถเขียนสูตรคณิตศาสตร์และลูปได้ แต่โปรแกรมเมอร์ Assembler ก็ไม่สนใจเช่นกัน

ผู้บรรยายเน้นย้ำว่า เป็นเรื่องง่ายที่จะคิดว่าเทคโนโลยีจะดีขึ้นเรื่อยๆ แต่แนวคิดที่ต้องให้คน "เลิกเรียนรู้" สิ่งที่เคยรู้มาและคิดในรูปแบบใหม่มักจะได้รับการต่อต้านอย่างมาก ผู้คนมักจะคิดว่าพวกเขารู้แล้วว่าการเขียนโปรแกรมคืออะไร และปฏิเสธแนวทางใหม่ๆ

หลังจากนั้น ผู้บรรยายได้นำเสนอ สี่แนวคิดสำคัญ ที่จะกำหนดอนาคตของการเขียนโปรแกรม:

• 1. การจัดการข้อมูลโดยตรง (Direct Manipulation of Data):

  • ปัจจุบันเราเขียนโปรแกรมด้วยชุดคำสั่ง แต่ในอนาคตจะมีการวิจัยที่น่าสนใจเกี่ยวกับการจัดการโครงสร้างข้อมูลโดยตรง ซึ่งจะสร้างโปรแกรมโดยนัย
  • ตัวอย่างคือระบบ Sketchpad ของ Ivan Sutherland (ปี 1962) ที่ช่วยให้ผู้ใช้สามารถวาดภาพบนหน้าจอและกำหนดข้อจำกัดต่างๆ (เช่น เส้นตั้งฉากกัน) ระบบจะใช้ตัวแก้ปัญหาแบบวนซ้ำ (iterative solver) เพื่อปรับรูปภาพให้เป็นไปตามข้อจำกัดนั้น ข้อจำกัดเหล่านี้จะคงอยู่แบบไดนามิก ทำให้เมื่อปรับขนาด รูปทรงจะยังคงสมบูรณ์
  • Sutherland ยังได้สร้างการจำลองสะพานที่ผู้ใช้สามารถวาดและกำหนดข้อจำกัดทางกายภาพได้
  • แนวคิดนี้หมายถึงการสร้างโปรแกรมโดยการจัดการข้อมูลโดยตรงและการใช้ชุดข้อจำกัด แทนการเขียนโค้ด ผู้บรรยายคาดการณ์ว่าในอนาคตเราจะสร้างเอกสารบนเว็บด้วยการจัดการโดยตรง โดยไม่มีภาษา Markup หรือ Stylesheet

• 2. การเขียนโปรแกรมโดยใช้เป้าหมาย (Programming Using Goals):

  • แทนที่จะเขียนขั้นตอน (procedures) ผู้ใช้จะระบุสิ่งที่ต้องการ (goals) และให้คอมพิวเตอร์หาวิธีดำเนินการเอง
  • Sketchpad ก็มีองค์ประกอบนี้ โดยผู้ใช้บอกว่าต้องการให้เส้นตั้งฉากกัน ไม่ได้บอกว่าจะวาดอย่างไร
  • ระบบ Planner ของ Carl Hewitt สามารถให้เหตุผลทั้งไปข้างหน้า (จากขั้นตอน) และย้อนกลับ (จากเป้าหมาย) ได้
  • Prolog ซึ่งพัฒนาต่อจาก Planner เน้นการแสดงโปรแกรมในรูปของเป้าหมาย และระบบจะหาวิธีการเพื่อให้บรรลุเป้าหมายเหล่านั้น
  • อีกตัวอย่างคือ การจับคู่รูปแบบ (Pattern Matching) เช่นในภาษา SNOBOL และ Regular Expressions ของ Ken Thompson ใน Unix แทนที่จะเขียน parser ที่ทำงานเป็นขั้นตอน ผู้ใช้จะระบุรูปแบบที่ต้องการ และระบบจะหาวิธีจับคู่กับข้อความ
  • แนวคิดการเขียนโปรแกรมแบบใช้เป้าหมายนี้จะสำคัญมากในยุคที่มีเครือข่ายคอมพิวเตอร์ทั่วโลก (intergalactic computer network/ARPANET/Internet) ที่ J.C.R. Licklider กำลังผลักดัน
  • ในเครือข่ายดังกล่าว โปรแกรมที่เขียนขึ้นโดยคนต่างกัน ภาษาต่างกัน จะต้องสามารถสื่อสารกันได้ วิธีเดียวที่จะรองรับการขยายตัวได้คือ โปรแกรมต้องสามารถเจรจาและหาวิธีสื่อสารกันเอง เพื่อบรรลุเป้าหมายที่โปรแกรมเมอร์กำหนด
  • การกำหนด API (Application Programming Interface) ล่วงหน้าจะไม่สามารถใช้งานได้จริง เพราะจะทำให้โปรแกรมผูกมัดกันและเปราะบาง ไม่สามารถรองรับการเปลี่ยนแปลงได้ การให้มนุษย์จัดการรายละเอียดระดับต่ำนี้เป็นปัญหาเช่นเดียวกับการเขียนโค้ดด้วย Machine Code

• 3. การแสดงข้อมูลเชิงพื้นที่ (Spatial Representation of Information):

  • ปัจจุบันโปรแกรมส่วนใหญ่เป็นข้อความหลายบรรทัดในไฟล์ ซึ่งเหมาะกับสื่อแบบเชิงเส้น เช่น บัตรเจาะรูหรือเทปแม่เหล็ก
  • แต่เมื่อมีจอแสดงผลวิดีโอเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ แนวคิดทุกอย่างก็เปลี่ยนไป จอแสดงผลเปรียบเสมือนแผ่นกระดาษแบบไดนามิกที่สามารถแสดงสิ่งต่างๆ เชิงพื้นที่ได้
  • ระบบ NLS ของ Doug Engelbart ที่ SRI (มีการสาธิตเมื่อ 5 ปีก่อน) ใช้เมาส์ในการชี้ข้อมูลบนหน้าจอและแสดงมุมมองข้อมูลที่แตกต่างกัน เช่น จากรายการเป็นไดอะแกรม 2 มิติ
  • ระบบ GRAIL จาก RAND Corporation เป็นระบบที่ช่วยให้เขียนโปรแกรมโดยใช้ผังงาน (flow charts) บนจอแสดงผลวิดีโอ โดยใช้ปากกาสไตลัสวาดบนแท็บเล็ต ระบบสามารถจดจำรูปวาด (เช่น กล่อง) และลายมือ เพื่อเปลี่ยนเป็นการเขียนโปรแกรมเชิงพื้นที่และการจัดการโดยตรง
  • ใน Smalltalk ของ Xerox Parc แม้ซอร์สโค้ดจะอยู่ในรูปข้อความ แต่ก็จัดระเบียบในลักษณะเชิงพื้นที่ผ่าน "เบราว์เซอร์" ทำให้สามารถเข้าถึงและทำความเข้าใจโค้ดได้รวดเร็ว
  • ผู้บรรยายมั่นใจว่าใน 40 ปีข้างหน้า จะไม่มีใครเขียนโค้ดในไฟล์ข้อความอีกแล้ว
  • ระบบเหล่านี้ (NLS, GRAIL, Smalltalk, Plato) เป็นส่วนหนึ่งของ "คลื่นลูกใหม่" ของการประมวลผลแบบโต้ตอบ (interactive computing) ที่เน้นการตอบสนองทันทีทันใดของผู้ใช้ ซึ่งจะไม่มีความล่าช้าหรือหน่วงในส่วนต่อประสานผู้ใช้ในอนาคต

• 4. การเขียนโปรแกรมแบบขนาน (Parallel Programming):

  • ปัจจุบันโปรแกรมของเราเป็นลำดับคำสั่งที่ทำทีละอย่าง ซึ่งเป็นผลมาจากสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์แบบ von Neumann ที่มีโปรเซสเซอร์เดียวและหน่วยความจำส่วนใหญ่จะว่าง
  • การประดิษฐ์วงจรรวม (integrated circuit) หรือไมโครโปรเซสเซอร์โดย Intel ทำให้โปรเซสเซอร์และหน่วยความจำทำจากวัสดุเดียวกัน (ซิลิคอน)
  • ในมุมมองของซิลิคอน คอมพิวเตอร์ควรมีลักษณะเป็นคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กจำนวนมากที่ทำงานพร้อมกัน แต่ละตัวมีโปรเซสเซอร์และสถานะของตัวเอง และสื่อสารกัน นี่คือสถาปัตยกรรมที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการคำนวณต่อพื้นที่ซิลิคอนสูงสุดและสามารถขยายขนาดได้ง่าย
  • ดังนั้น เราจะต้องเขียนโปรแกรมบนฮาร์ดแวร์แบบขนาน
  • วิธีปัจจุบันที่ใช้ Threads และ Locks เพื่อจัดการทรัพยากรที่ใช้ร่วมกันนั้นไม่สามารถรองรับการขยายตัวได้ และเป็นทางตัน
  • ผู้บรรยายเชื่อว่า Actor Model ที่ Carl Hewitt คิดค้นขึ้นจะเข้ามาแทนที่ Actor Model ได้รับแรงบันดาลใจจากฟิสิกส์ โดยมีกระบวนการ (actors) จำนวนมากที่ทำงานแบบไม่พร้อมกัน มีสถานะของตัวเอง และส่งข้อความถึงกัน
  • แนวคิดอื่นๆ ที่คล้ายกันกำลังเกิดขึ้น เช่น Communicating Sequential Processes ของ Tony Hoare
  • สิ่งสำคัญคือ เราจะมีฮาร์ดแวร์แบบขนานขนาดใหญ่ และเราต้องการโมเดลการเขียนโปรแกรมแบบขนานที่ดีที่เข้ากับฮาร์ดแวร์นั้น

ผู้บรรยายสรุปว่า แนวคิดทั้งสี่นี้ (การจัดการข้อมูลโดยตรง, การเขียนโปรแกรมตามเป้าหมาย, การแสดงข้อมูลเชิงพื้นที่, และการเขียนโปรแกรมแบบขนาน) คือทิศทางที่ควรจะเป็นในอนาคต เขาเชื่อว่า จะเป็นเรื่องน่าเสียดายอย่างยิ่งหากใน 40 ปีข้างหน้า เรายังคงเขียนโปรแกรมแบบเดิมๆ ด้วยชุดคำสั่งในไฟล์ข้อความและโมเดลเชิงลำดับ

โศกนาฏกรรมที่ยิ่งใหญ่กว่าการที่แนวคิดเหล่านี้ไม่ถูกนำมาใช้คือ การที่แนวคิดเหล่านี้ถูกลืมเลือนไป แต่โศกนาฏกรรมที่ร้ายแรงที่สุดคือ หากผู้คนลืมไปว่าเรายังสามารถมีแนวคิดใหม่ๆ เกี่ยวกับโมเดลการเขียนโปรแกรมได้

ผู้บรรยายเตือนว่า สถานการณ์ที่เลวร้ายที่สุดคือหากโปรแกรมเมอร์รุ่นต่อไปเติบโตขึ้นมาโดยไม่เคยสัมผัสกับแนวคิดเหล่านี้ และคิดว่าการเขียนโปรแกรมได้รับการแก้ไขและเข้าใจอย่างถ่องแท้แล้ว การเติบโตมาพร้อมกับ "ความเชื่อ (dogma)" ทำให้ยากที่จะหลุดพ้น

เหตุผลที่แนวคิดดีๆ มากมายเกิดขึ้นในช่วงทศวรรษ 1960 ต้นทศวรรษ 1970 เป็นเพราะเทคโนโลยีพัฒนาไปมากพอที่จะใช้คอมพิวเตอร์ได้แล้ว แต่ก็ยังเป็นช่วงแรกๆ ที่ไม่มีใครรู้ว่าการเขียนโปรแกรมควรเป็นอย่างไร พวกเขาจึงลองทุกวิถีทาง และความคิดของพวกเขาก็เป็นอิสระ

ข้อคิดที่อันตรายที่สุดสำหรับคนสร้างสรรค์คือ การคิดว่า "คุณรู้ว่ากำลังทำอะไรอยู่" เพราะเมื่อคุณคิดเช่นนั้น คุณจะหยุดมองหาวิธีอื่นๆ และจะไม่สามารถมองเห็นวิธีใหม่ๆ ได้ เหมือนกับโปรแกรมเมอร์ไบนารีที่ไม่สามารถมองเห็นคุณค่าของ Assembler หรือ Fortran ได้เลย

ข้อความหลักของวิดีโอนี้คือ หากเราไม่อยากเป็นเหมือนคนที่ติดอยู่กับวิธีคิดแบบเก่า เราต้องเปิดใจและยอมรับแนวคิดใหม่ๆ โดยเริ่มต้นจากการพูดกับตัวเองว่า "เราไม่รู้ว่าเรากำลังทำอะไรอยู่" "เราในฐานะสาขาไม่รู้ว่าเรากำลังทำอะไรอยู่ เราไม่รู้ว่าการเขียนโปรแกรมคืออะไร เราไม่รู้ว่าการประมวลผลคืออะไร เราไม่รู้แม้กระทั่งว่าคอมพิวเตอร์คืออะไร" เมื่อเราเข้าใจและเชื่อในสิ่งนี้อย่างแท้จริง เราก็จะเป็นอิสระและสามารถคิดอะไรก็ได้