Säikeistys

Säikeistys (multithreading) on ohjelmointitekniikka, jossa samaan prosessiin liittyy useita säikeitä, jotka voivat suorittaa koodia samanaikaisesti. Säikeet jakavat prosessin osoiteavaruuden ja usein myös samat resurssit, kuten muuttujat ja avoimet tiedostot, mikä mahdollistaa nopeamman vasteajan ja paremman käytettävyyden moniydinprosessorijärjestelmissä. Säikeitä voidaan toteuttaa sekä kernel- eli käyttöjärjestelmäkannan säikeinä että käyttäjätason säikeinä (usein kutsuttu myös vihreiksi säikeiksi).

Säikeistys perustuu aikataulutettuun rinnakkaiseen suoritukseen. Jokainen säie on omalla suorituspolullaan, mutta jakaa saman prosessin muistialueen ja yleensä käyttöoikeudet. Tärkeimpiä käsitteitä ovat kontekstivaihto, tilat, sekä synkronointi. Kun useat säikeet voivat muuttaa samaa tilaa, tarvitaan synkronointimekanismeja kuten mutex-lukkoja, semaforeja, monitoritoimintoja ja ehdollisia muuttujia. Säädellään muistijakautumaa ja varmistetaan muistin näkyvyys oikealla tavalla. Monimutkaisemmissa järjestelmissä käytetään myös säiepusseja (thread pools) sekä tehtävä- ja assosiaatiomallia.

Edut ja haasteet. Säikeistys parantaa vasteaikaa ja systemaattista läpimenoa, erityisesti I/O-sidonnaisissa ja interaktiivisissa sovelluksissa sekä palvelinjärjestelmissä, joissa voidaan hyödyntää moniydinresursseja. Haasteina ovat data races, deadlock-tilat ja livelock-tilat sekä synkronoinnin kustannukset. Debuggaus on usein monimutkaisempaa, ja oikea muistijärjestys sekä muistin näkyvyys on varmistettava. Suunnittelussa on huomioitava myös cache-ominaisuudet ja virheellinen jakaminen, kuten false sharing.

Käyttötarkoitukset kattavat käyttöliittymäsovellukset, verkkopalvelimet, taustatöiden suorittamisen sekä ajastettujen tai jatkuvasti päivittyvien prosessien hallinnan. Säikeistys on keskeinen osa modernia ohjelmistokehitystä, mutta sitä tulee käyttää harkiten ja selkeästi määriteltyjen synkronointisääntöjen avulla.