Thread

Ein Prozess kann als ein Container oder eine Umgebung verstanden werden, in dem Programme oder Anwendungscode ausgeführt werden. Ein Prozess kann aus einem oder mehreren Threads bestehen, die in seinem Kontext laufen. Dabei ermöglicht das Konzept des Threads, dass innerhalb eines einzelnen Prozesses mehrere "Unterprogramme" parallel aktiv sein können, um Aufgaben gleichzeitig zu verarbeiten — dies wird als **Multithreading** bezeichnet.

**Multithreading** verbessert die Recheneffizienz auf zwei Arten:

1. Auf Systemen mit mehreren CPU-Kernen können Threads physisch gleichzeitig ausgeführt werden, was bedeutet, dass mehrere Aufgaben tatsächlich zur selben Zeit abgearbeitet werden. Dies wird als echte Parallelität bezeichnet.

2. Auf Einzelkern-CPUs können mehrere Threads des gleichen Prozesses quasi-parallel ausgeführt werden. Durch schnelles Wechseln zwischen den Threads (Thread-Scheduling) hat der Benutzer den Eindruck von Gleichzeitigkeit. Dies wird als Nebenläufigkeit (Concurrency) anstatt echter Parallelität bezeichnet.

Das Betriebssystem ist für die Verwaltung der Threads innerhalb eines Prozesses verantwortlich, einschließlich der Zeit, wann und wie lange ein Thread ausgeführt wird. Dafür nutzt es Scheduler, die entscheiden, welche Threads CPU-Zeit erhalten, basierend auf Priorität oder anderen Scheduling-Strategien.

Threads sind "leichtgewichtig", weil das Erstellen eines Threads weniger Ressourcen verbraucht als das Erstellen eines Prozesses. Dies liegt daran, dass Prozesse ihre eigenen Ressourcen und Speicherräume haben müssen, während Threads viel von dem, was bereits im Prozess vorhanden ist (wie Speicher), teilen können. Wegen dieses leichten Designs sind Threads besonders nützlich, um zeitkritische Aufgaben zu behandeln, bei denen schnelle Reaktionszeiten erforderlich sind.

Es gibt auch Herausforderungen im Zusammenhang mit Multithreading. Da Threads denselben Speicherbereich eines Prozesses teilen können, können sie auf dieselben Daten zugreifen, was zu Problemen wie "Race Conditions" führen kann, wenn mehrere Threads gleichzeitig dieselben Daten ändern wollen. Darüber hinaus kann eine schlechte Synchronisation zwischen Threads zu Deadlocks führen, bei denen zwei oder mehrere Threads auf ein Ereignis warten, das niemals eintritt und sie so in einem blockierten Zustand verharren.

Die Programmierung mit Threads erfordert daher besondere Aufmerksamkeit bei der Synchronisierung und Datenintegrität. Moderne Programmiersprachen stellen dafür spezielle Konstrukte und Bibliotheken zur Verfügung, wie Mutexe (gegenseitiger Ausschluss), Semaphoren und verschiedene Locks, welche die Entwicklung von Multithreading-Applikationen erleichtern.

Zusammenfassend ist Multithreading eine mächtige Technik, die genutzt werden kann, um die Ausführungsgeschwindigkeit von Programmen zu erhöhen, die Reaktivität von Anwendungen zu verbessern und Ressourcen effizienter zu nutzen. Allerdings bringt Multithreading auch Komplexität und potenzielle Fehlerquellen in die Softwareentwicklung, die berücksichtigt und adressiert werden müssen.