Obsah
Vlákno (Thread)
Vlákno je základní jednotkou provádění kódu v rámci procesu. Moderní programování je postaveno na tzv. multithreadingu (vícevláknovosti), což umožňuje jedné aplikaci provádět více činností najednou, aniž by se navzájem blokovaly.
Rozdíl mezi Procesem a Vláknem
Je důležité tyto dva pojmy nezaměňovat, i když spolu úzce souvisejí:
| Vlastnost | Proces (Process) | Vlákno (Thread) |
|---|---|---|
| Izolace | Má vlastní vyhrazenou paměť. | Sdílí paměť s ostatními vlákny stejného procesu. |
| Náročnost | „Těžká“ váha (náročné na vytvoření a prostředky). | „Lehká“ váha (rychlé vytvoření i přepínání). |
| Stabilita | Pád jednoho procesu neovlivní ostatní. | Pád jednoho vlákna může shodit celý proces. |
[Image: Process vs Thread memory model - process has its own address space, threads share it]
Proč používáme více vláken?
Představte si moderní webový prohlížeč. Díky multithreadingu může:
- Jedno vlákno vykreslovat grafiku stránky.
- Druhé vlákno stahovat data z internetu.
- Třetí vlákno reagovat na kliknutí vaší myši.
Pokud by prohlížeč používal pouze jedno vlákno, při stahování velkého obrázku by celý program „zamrzl“ a přestal reagovat na ovládání.
Vlákna a Hardware (Logická jádra)
Vztah mezi softwarovými vlákny a hardwarem (procesorem) určuje výkon:
- Hardwarové vlákno: Pokud má procesor 8 jader a technologii Hyper-Threading, hlásí systému 16 logických jader. To znamená, že dokáže v jeden okamžik skutečně (fyzicky) zpracovávat 16 softwarových vláken.
- Softwarové vlákno: Aplikace jich může mít stovky. Operační systém je pak na procesoru střídá (tzv. Context Switching) tak rychle, že máme pocit, že běží všechny naráz.
Problémy při práci s vlákny
Programování vícevláknových aplikací je náročné, protože vlákna sdílejí stejná data. To vede k rizikům:
- Race Condition (Souběh): Dvě vlákna se snaží změnit stejnou hodnotu ve stejný čas. Výsledek závisí na tom, které z nich bylo o milisekundu rychlejší, což vede k nepředvídatelným chybám.
- Deadlock (Uváznutí): Vlákno A čeká na data od vlákna B, a vlákno B zároveň čeká na dokončení práce vlákna A. Program se zastaví a přestane reagovat.
- Synchronizace: K ošetření těchto chyb se používají mechanismy jako Mutex (zámek), který dovolí přístup k datům vždy jen jednomu vláknu.
[Image: Visualization of a Deadlock - two threads blocking each other]
Typy vláken
- User-level threads: Vlákna spravovaná knihovnou v uživatelském prostoru (rychlá, ale systém o nich neví).
- Kernel-level threads: Vlákna spravovaná přímo jádrem operačního systému (vhodná pro vícejádrové procesory).
Související pojmy: Proces, Multitasking, Hyper-Threading, Core (Jádro), CPU, Deadlock, Synchronizace.