monisäikeisyyden

Monisäikeisyys tarkoittaa useiden säikeiden samanaikaista suorittamista yhdessä prosessissa. Säie eli thread on kevyempi suoritusyksikkö kuin prosessi ja jakaa prosessin muistitilan sekä resurssit kuten tiedostot ja I/O-otsikot. Monisäikeisyyden tavoitteena on parantaa sovelluksen reagointikykyä ja resurssien hyödyntämistä sekä mahdollistaa rinnakkaisen suorittamisen sekä CPU- että I/O-sidonnaisissa tehtävissä.

Säikeet voidaan toteuttaa useilla tavoilla: kernel-level säikeet eli ytimeen kiinnittyneet, sekä käyttäjätason säikeet; sekä preemtiivinen aikataulutus, jossa käyttöjärjestelmä katkaisee säikeen hallitusti, että cooperative-malli, jossa säikeet vuorottelevat yhteisesti sovitulla tavalla. Monisäikeisyyteen liittyy synkronointi ja muistien näkyvyys; käytettyjä rakennuksia ovat lukot, semaforit, monitorit ja barriereja sekä atomiset operaatiot. Lisäksi on huomioitava muistivalvonta ja muistijälkien näkyvyys eri säikeiden välillä.

Etuna on parantunut reagointikyky, parempi resurssien hyödyntäminen moniydinkäytössä sekä nopeampi vasteaika I/O-sidonnaisissa töissä. Rinnakkaisuus voi kuitenkin tarjota vain rajallisen nopeudenparannuksen CPU-sidonnaisissa tehtävissä, mikä johtuu esimerkiksi Amdahlin laista. Monisäikeinen ohjelmointi lisää monimutkaisuutta, ja siihen liittyy virheitä kuten kilpajuoksuja, deadlock-tilanteita sekä vaikeampi debuggointi.

Kielet ja ympäristöt tarjoavat erilaisia malleja: Java ja C++ käyttävät käyttöjärjestelmän säikeitä sekä synkronointirajapintoja; C# ja .NET tarjoavat Task Parallel Library; Go käyttää kevyitä go-routine-ympäristöjä; Rust ja Kotlin korostavat turvallisuutta; Pythonissa CPythonin GIL voi rajoittaa todellista rinnakkaisuutta. Eri kielissä suunnittelukäytännöt korostavat säikeiden turvallista käyttöä ja datan konsistenssin hallintaa.