thumb|Proces z dwoma wątkami Wątek () – część programu wykonywana współbieżnie w obrębie jednego procesu; w jednym procesie może istnieć wiele wątków.
Różnica między zwykłym procesem a wątkiem polega na współdzieleniu przez wszystkie wątki działające w danym procesie przestrzeni adresowej oraz wszystkich innych struktur systemowych (np. listy otwartych plików, gniazd itp.) – z kolei procesy posiadają niezależne zasoby.
Ta cecha ma dwie ważne konsekwencje: Wątki wymagają mniej zasobów do działania i też mniejszy jest czas ich tworzenia. Dzięki współdzieleniu przestrzeni adresowej (pamięci) wątki jednego zadania mogą się między sobą komunikować w bardzo łatwy sposób, niewymagający pomocy ze strony systemu operacyjnego. Przekazanie dowolnie dużej ilości danych wymaga przesłania jedynie wskaźnika, zaś odczyt (a niekiedy zapis) danych o rozmiarze nie większym od słowa maszynowego nie wymaga synchronizacji (procesor gwarantuje atomowość takiej operacji).
Wątki są udostępniane wprost przez system operacyjny MS Windows, w systemach Linux, BSD i innych dostępna jest biblioteka pthread, dająca jednolity interfejs, ukrywający szczegóły implementacji. W językach programowania używających maszyn wirtualnych (Python, Java itp.) są dostępne również tzw. zielone wątki, które nie są obsługiwane przez system operacyjny, ale samą maszynę wirtualną – to pozwala m.in. na realizację współbieżności nawet wtedy, gdy docelowy system operacyjny nie udostępnia wątków.
Brak synchronizacji między wątkami W systemach wieloprocesorowych, a także w systemach z wywłaszczaniem, wątki mogą być wykonywane równocześnie (współbieżnie). Równoczesny dostęp do wspólnych danych grozi jednak utratą spójności danych i w konsekwencji błędem działania programu.
Podręcznikowy przykład: ciąg instrukcji odczyt-zmiana-zapis.
Załóżmy, że program ma dane do przetwarzania, umieszczone w N pierwszych komórkach tablicy X. Liczba N zapisana jest w odpowiedniej zmiennej. Algorytm przetwarzania mógłby wyglądać następująco: odczytaj zmienną N i sprawdź, czy jest równa 0 jeśli tak (nie ma danych w X), przejdź do kroku 7. (tu wchodzimy, gdy N równe 1 lub więcej) odczytaj wartość X[N] zmniejsz wartość N o 1 (zaznacz, że N-ta dana została już zabrana) zrób coś z tą odczytaną daną (tu następuje właściwe przetwarzanie) (dana obsłużona – zajmij się następną) przejdź do kroku 1. (koniec pracy) Jest to najprostsza pętla opróżniająca stos X. W środowisku jednowątkowym działa zgodnie z oczekiwaniami, przetwarzając kolejno dane X[N], X[N-1], itd. aż do X, po czym zatrzymuje się z zerową wartością zmiennej N.
Jednak w środowisku wielowątkowym dwa równoczesne wątki mogą wykonać się w taki sposób (załóżmy N=2): wątek 1 wątek 2krokczynnośćkrokczynność1.odczyt N=22.(nic; N > 0)1.odczyt N=23.odczyt X[N], czyli X2.(nic; N > 0)3.odczyt X[N], czyli X4.zapis N=14.zapis N=15.(przetwarzanie)5.(przetwarzanie)6.(przejście do 1.)6.(przejście do 1.) Jak widać, oba wątki pobrały do przetwarzania tę samą daną X. Jeśli nasz program jest systemem księgowym, a w X było zapisane "dokonaj przelewu kwoty xxxx z rachunku nnnn na rachunek mmmm", to przelew zostanie zaksięgowany dwukrotnie.
W dalszym ciągu wykonania tego samego programu możliwy jest również inny przypadek. Przypuśćmy, że wątek nr 1 wolniej przetwarzał X i teraz wątek nr 2 zaczyna kolejny cykl: wątek 1wątek 2krokczynnośćkrokczynność1.odczyt N=11.odczyt N=12.(nic; N > 0)3.odczyt X[N], czyli X2.(nic; N > 0)4.zapis N=03.odczyt X[N], czyli X........ Pomimo posłużenia się licznikiem N wątek nr 1 usiłuje pobrać nieistniejący element danych spod nielegalnego indeksu – X. W zależności od różnych czynników spowoduje to natychmiastowe awaryjne przerwanie działania programu albo dowolne, nieprzewidywalne zaburzenia (błędy) w dalszym jego działaniu.
Do zapobiegania takim sytuacjom wykorzystuje się mechanizmy synchronizacji wątków: semafory, muteksy, sekcje krytyczne.
Zobacz też
wielowątkowość wielozadaniowość bezpieczeństwo wątków
Kategoria:Programowanie równoległe