Was ist Multithreading?
Multithreading ist eine Technik zum gleichzeitigen Ausführen mehrerer Threads. Der Prozess oder ein Betriebssystem generiert nicht mehrere Kopien des auf dem Computer ausgeführten Programms, sondern verwaltet mehrere Benutzer oder mehrere Anforderungen desselben Benutzers gleichzeitig, ohne mehrere Kopien des Programms zu erstellen. In diesem Artikel erhalten Sie einen Einblick in Multithreading und erhalten eine grundlegende Vorstellung davon, warum und wie wichtig das Erlernen einer Technologie ist. Ein Thread ist ein einfacher Prozess und die kleinste Verarbeitungseinheit. Das gleichzeitige Ausführen mehrerer Threads wird als Multithreading bezeichnet. Im Grunde ist es also eine Methode, einen einzelnen Satz von Code von mehreren Prozessoren zu verwenden.
Grundlegendes zu Multithreading
Es gibt zwei Begriffe, die für das Verständnis von Multithreading verstanden werden müssen.
- Thread: Thread ist die unabhängige oder grundlegende Einheit eines Prozesses.
- Prozess: Ein Programm, das gerade ausgeführt wird, wird als Prozess bezeichnet, in einem Prozess sind mehrere Threads vorhanden.
Die Ausführung im Multithreading erfolgt gleichzeitig und parallel.
- Gleichzeitige Ausführung: Wenn der Prozessor Ausführungsressourcen zwischen Threads in einem Multithread-Prozess auf einem einzelnen Prozessor wechseln kann, handelt es sich um eine gleichzeitige Ausführung.
- Parallele Ausführung: Wenn jeder Thread im Prozess gleichzeitig auf einem separaten Prozessor im selben Multithread-Prozess ausgeführt werden kann, spricht man von einer parallelen Ausführung.
Arten von Thread
- Thread auf Benutzerebene : Sie werden von Benutzern erstellt und verwaltet. Sie werden auf Anwendungsebene verwendet. Es gibt keine Beteiligung des Betriebssystems. Ein gutes Beispiel ist, wenn wir Threading in der Programmierung verwenden, wie in Java, C #, Python usw., verwenden wir Benutzerthreads.
In jedem Thread sind einige eindeutige Daten enthalten, anhand derer sie identifiziert werden können, z.
- Programmzähler : Ein Programmzähler ist dafür verantwortlich, den Überblick über Befehle zu behalten und anzugeben, welcher Befehl als nächstes ausgeführt werden soll.
- Register : Systemregister dienen dazu, die aktuelle Arbeitsvariable eines Threads zu verfolgen.
- Stack : Enthält den Verlauf der Thread-Ausführung.
- Thread auf Kernel-Ebene : Sie werden vom Betriebssystem implementiert und unterstützt. Die Ausführung dauert in der Regel länger als bei Benutzer-Threads. Zum Beispiel Windows Solaris.
Multithreading-Modelle
Es gibt drei Arten von Multithreading-Modellen
- Viel zu viel
- Viele zu eins
- Eins zu eins
Viele zu viele : Eine beliebige Anzahl von Benutzer-Threads kann mit einer gleichen oder einer geringeren Anzahl von Kernel-Threads interagieren.
Viele zu einem : Es werden viele Threads auf Benutzerebene einem Thread auf Kernelebene zugeordnet.
Eins zu Eins : Die Beziehung zwischen dem Thread auf Benutzerebene und dem Thread auf Kernelebene ist eins zu eins.
Verwendung von Multithreading
Multithreading ist eine Möglichkeit, Parallelität in das System oder Programm einzuführen. Sie können es also überall dort verwenden, wo Sie parallele Pfade sehen (bei denen zwei Threads nicht voneinander abhängig sind), um es schnell und einfach zu machen.
Beispielsweise:
- Verarbeitung großer Datenmengen, bei denen diese in Teile geteilt werden können und mithilfe mehrerer Threads verarbeitet werden können.
- Anwendungen, die Mechanismen wie Validieren und Speichern, Produzieren und Konsumieren, Lesen und Validieren beinhalten, werden in mehreren Threads ausgeführt. Einige Beispiele für solche Anwendungen sind Online-Banking, Aufladen usw.
- Es kann verwendet werden, um Spiele zu erstellen, in denen verschiedene Elemente auf verschiedenen Threads ausgeführt werden.
- In Android wird es verwendet, um die APIs zu treffen, die im Hintergrund-Thread ausgeführt werden, um zu verhindern, dass die Anwendung beendet wird.
- In Webanwendungen wird es verwendet, wenn Ihre App asynchrone Anrufe erhalten und asynchron ausgeführt werden soll.
Vorteile von Multithreading
- Wirtschaftlich : Es ist wirtschaftlich, da sie die gleichen Prozessorressourcen teilen. Das Erstellen von Threads nimmt weniger Zeit in Anspruch.
- Gemeinsame Ressourcennutzung : Hiermit können die Threads Ressourcen wie Daten, Speicher, Dateien usw. gemeinsam nutzen. Daher kann eine Anwendung mehrere Threads innerhalb desselben Adressraums haben.
- Reaktionsfähigkeit: Erhöht die Reaktionsfähigkeit für den Benutzer, da das Programm selbst dann weiter ausgeführt werden kann, wenn ein Teil davon einen längeren Vorgang ausführt oder blockiert ist.
- Skalierbarkeit : Erhöht die Parallelität auf mehreren CPU-Maschinen. Es verbessert die Leistung von Multiprozessor-Maschinen.
- Dadurch werden die CPU-Ressourcen besser genutzt.
Warum sollten wir Multithreading verwenden?
Wir sollten Multithreading aus folgenden Gründen verwenden:
- Parallelität erhöhen
- So nutzen Sie die verfügbaren CPU-Ressourcen optimal.
- Verbessert die Reaktionsfähigkeit der Anwendung und sorgt für eine bessere Interaktion mit dem Benutzer.
Voraussetzungen für das Erlernen von Multithreading
Wenn Sie sich mit Code auskennen und Single-Thread-Programme effizient schreiben können, sind Sie bereit, Multithreading zu erlernen und anzuwenden.
Umfang des Multithreading
In der heutigen technischen Welt erfolgt die Softwareentwicklung nicht mehr so wie früher in historischer Software.
Heutzutage,
- Maschinen mit vielen Kernen sind weit verbreitet, und wir können die Rechenkosten durch die Verwendung mehrerer Threads senken.
- Moderne Anwendungen rufen Informationen aus einer Vielzahl von Quellen ab.
Diese beiden Faktoren sprechen lediglich für eine asynchrone Verfügbarkeit von Informationen. In naher Zukunft kommt es also nicht auf Multithreading an, sondern auf eine Möglichkeit, mit Asynchronität umzugehen, und Asynchronität kann nur mit Multithreading behandelt werden.
Wer sollte Multithreading lernen?
Benutzer, die Anwendungen oder Software oder Prozessoren codieren und entwickeln, sollten sich mit Multithreading vertraut machen, da dies die einzige Möglichkeit ist, Ihre CPUs zu nutzen und mit Asynchronität umzugehen.
Karrierewachstum im Multithreading
Diese Technik wird niemals sterben, weil sie einige einzigartige Vorteile hat, die mit keiner anderen Technik durchgeführt werden können. Unternehmen suchen Entwickler, die auch Threads programmieren können, um die Ressourcen optimal zu nutzen und die Kosten zu senken. Daher hat es ein gutes Karrierewachstum und Chancen.
Fazit
Wenn wir in der Computerwelt von Parallelität sprechen, sprechen wir von Multithreading. Das Implementieren von Multithreading ist einigermaßen effektiv und unkompliziert, da es die Arbeit billiger macht. Seine Spezialität im Umgang mit Asynchronität macht es einzigartig. Daher ist es gefragt und es ist eine lohnende Technologie zu lernen.
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