Що таке потік (Thread) у програмуванні?

Коли говорять про багатопоточність, багато хто уявляє собі хаос із сотень паралельно працюючих процесів. Але насправді потік (Thread) у програмуванні – це лише невелика, але важлива частина системи. На відміну від процесу, який володіє своєю пам’яттю, потоки ділять ресурси між собою, працюючи в рамках однієї програми.

Якщо хочеш глибше розібратися в багатопоточності, спробуй записатися на курс із C# від компанії FoxmindEd, де ти зможеш реалізувати потокову обробку даних у своєму проєкті.

Що таке потік (Thread) у програмуванні?

Уяви, що твоя програма – це величезний офіс. Процес – це сам офіс, а треди – це ніби співробітники, які виконують різні завдання паралельно. Хтось працює з клієнтами, хтось пише звіти, а хтось п’є каву (і це теж процес). Усі вони ділять спільні ресурси (чайник, принтер, інтернет), але займаються різними справами.

Якщо говорити технічно, то потоки в програмуванні – це послідовності інструкцій, що виконуються всередині процесу. Вони дають змогу виконувати кілька операцій одночасно, підвищуючи продуктивність програм.

Чим потоки відрізняються від процесів?

Як бачимо, потоки – це легкий спосіб виконувати кілька завдань одночасно без створення нових процесів.

Як працює потік у програмуванні?

Простіше кажучи, потік – це ніби самостійна мініпрограма. Вона знаходиться всередині твоєї основної програми і може виконувати своє завдання. У потоку є життєвий цикл, і він цілком передбачуваний:

1. Створення – це коли ми оголошуємо потік у коді, але поки що він не працює.
2. Запуск – відбувається старт потоку, під час якого він починає виконувати своє завдання.
3. Очікування – іноді потоку потрібно почекати (наприклад, поки завантажаться дані). У цей момент він призупиняється.
4. Завершення – щойно потік справляється зі своїм завданням, він звільняє ресурси і йде на спокій.

Як це працює?

using System;

using System.Threading;

class Program

{

    static void Main()

    {

        Thread myThread = new Thread(() => Console.WriteLine("Hello from the thread!"));

        myThread.Start();

        myThread.Join();

        Console.WriteLine("Main thread finished.");

    }

}

Що тут відбувається?

Ми створюємо новий потік myThread, який просто пише в консоль повідомлення. Потім запускаємо його, і він починає свою справу.

А далі головний потік (Main) чекає, поки myThread закінчить – це робить метод Join().

І тільки після цього програма завершує виконання.

Ось так thread у програмуванні допомагає робить кілька справ одночасно – швидко, ефективно і за планом.

Навіщо потрібні потоки в програмуванні?

А тепер важливе питання – що таке потоки в програмуванні і навіщо вони потрібні?

Багатопоточність – це про швидкість і ефективність. Якби програми виконували завдання строго послідовно, то будь-яке очікування (наприклад, завантаження даних із сервера) блокувало б весь процес.

Переваги багатопоточності:

• Паралельність – виконання кількох завдань одночасно (рендеринг відео, симуляції).
• Продуктивність – завантаження процесора розподіляється по ядрах.
• Фонова обробка – наприклад, завантаження даних у бекенді.

Ось чому потоки в програмуванні – це ключовий інструмент для оптимізації.

Управління потоками

Окей, ми вміємо створювати потоки, але c# thread як завершити потік? Є різні способи зупинки потоку, але не всі з них безпечні. Давай розберемося.

Спосіб 1: Примусове завершення (НЕ ВИКОРИСТОВУЙ ЦЕ!)

Раніше в C# існував метод Abort(), який відразу вбивав потік. Проблема в тому, що він робив це жорстко, не даючи потоку нормально завершити свою роботу. Чому це погано?

• Потік може бути в середині важливої операції (наприклад, запис у файл).
• Це може призвести до неконтрольованих винятків.
• Microsoft давно забанила цей метод – він застарів.

Спосіб 2: Коректне завершення через CancellationToken (правильний варіант)

Сучасний спосіб зупинки потоку – це передача йому “сигналу” через CancellationToken. Так потік сам розуміє, що його потрібно завершити, і робить це коректно. Чому цей спосіб кращий?

• Потік сам контролює своє завершення.
• Можна безпечно звільнити ресурси (закрити файли, завершити з’єднання).
• Такий код сумісний з асинхронним програмуванням.

Отже, якщо тобі потрібно c# thread завершити потік, використовуй CancellationToken.

Підпишіться на наш Ютуб-канал! Корисні відео для програмістів чекають на вас! YouTube

Оберіть свій курс програмування! Шлях до кар’єри програміста починається тут! Подивитись

Синхронізація потоків

Багатопоточність – це не тільки продуктивність, а й проблеми. Уяви, що два потоки одночасно змінюють змінну. Підсумок? Race condition (стан перегонів) і баги, які потім складно відловити.

Використання м’ютексів

Мьютекс – це спосіб “заблокувати” ресурс, поки один потік із ним працює.

static Mutex mutex = new Mutex();

static void SafeMethod()

{

    mutex.WaitOne(); // Wait for the resource to be released

    Console.WriteLine("Access granted!");

    mutex.ReleaseMutex();

}

Семафори та їх застосування

Семафори обмежують кількість потоків, які працюють із ресурсом.

Semaphore semaphore = new Semaphore(2, 2);

void LimitedAccess()

{

    semaphore.WaitOne(); // Acquire the resource

    Console.WriteLine("Thread has gained access");

    semaphore.Release(); // Release

}

Таким чином, треди – це корисний, але складний інструмент.

Потоки та багатозадачність

Багатопоточність – це не єдиний спосіб робити кілька завдань одночасно. Є ще асинхронне програмування.

Чим відрізняються потоки й асинхронність?

Якщо потрібно багато обчислень – використовуй потоки. Якщо працюєш із введенням-виведенням (I/O) – краще підійде async/await.

Приклади використання потоків

Де потоки в програмуванні реально використовують?

Висновок

Отже, що таке потоки в програмуванні? Це інструмент для оптимізації роботи програм, що дає змогу виконувати кілька завдань одночасно. Використання цього інструменту допомагає поліпшити продуктивність, але неправильне керування може призвести до перегонів даних, дедлоків і витоків пам’яті.