thumb|Un processus avec deux .
Un ou fil (traduction normalisés par ISO/CEI 2382-7:2000) (autres appellations connues : processus léger, fil d'exécution, fil d'instruction, processus allégé, sous-processus, filet d'exécutionLarousse référence: dictionnaire de l'informatique, sous la direction de Pierre Morvan, 1996, exétron, tâche, voire unité d'exécution ou unité de traitementProgrammation Linux en pratique, Arnold Robbins, CampusPress Référence, , .) est similaire à un processus car tous deux représentent l'exécution d'un ensemble d'instructions du langage machine d'un processeur.
Du point de vue de l'utilisateur, ces exécutions semblent se dérouler en parallèle. Toutefois, là où chaque processus possède sa propre mémoire virtuelle, les d'un même processus se partagent sa mémoire virtuelle. En revanche, tous les possèdent leur propre pile d'exécution.
Utilisations Les sont utilisés avec l'interface graphique (Graphical user interface) d'un programme. Les interactions de l'utilisateur avec le processus, par l'intermédiaire des périphériques d'entrée, sont gérées par un , technique similaire à celle utilisée pour les attentes asynchrones, tandis que les calculs lourds (en termes de temps de calcul) sont gérés par un ou plusieurs autres . Cette technique de conception de logiciel est avantageuse dans ce cas, car l'utilisateur peut continuer d'interagir avec le programme même lorsque celui-ci est en train d'exécuter une tâche. Une application pratique se retrouve dans les traitements de texte où la correction orthographique est exécutée tout en permettant à l'utilisateur de continuer à entrer son texte. L'utilisation des permet donc de rendre l'utilisation d'une application plus fluide, car il n'y a plus de blocage durant les phases de traitements intenses.
Les threads sont utilisés dans des programmes de calcul intensif (comme l'encodage d'une vidéo, les simulations mathématiques, etc.). L'utilisation de plusieurs permet de paralléliser le traitement, ce qui, sur les machines multiprocesseur, permet de l'effectuer plus rapidement.
Les threads sont aussi utilisés pour des attentes asynchrones dans les télécommunications.
et multitâche Deux processus sont totalement indépendants et isolés l'un de l'autre. Ils ne peuvent interagir qu'à travers une API fournie par le système, telle qu'IPC. A l'inverse, les partagent une information sur l'état du processus, des zones de mémoires, ainsi que d'autres ressources. En fait, à part leur pile d’appel, des mécanismes comme le Thread Local Storage et quelques rares exceptions spécifiques à chaque implémentation, les partagent tout. Puisqu'il n'y a pas de changement de mémoire virtuelle, la commutation de contexte () entre deux est moins coûteuse en temps que la commutation de contexte entre deux processus. On peut y voir un avantage de la programmation utilisant des multiples.
Avantages et inconvénients Dans certains cas, les programmes utilisant des sont plus rapides que des programmes séquentiels, en particulier sur les machines comportant plusieurs processeurs. Hormis le problème du coût de la commutation de contexte, le principal surcoût dû à l'utilisation de processus multiples provient de la communication entre processus séparés. En effet, le partage de ressources entre permet une communication plus efficace entre les différents d'un processus qu'entre deux processus distincts. Là où deux processus séparés doivent utiliser un mécanisme fourni par le système pour communiquer, les partagent une partie de l'état du processus, notamment sa mémoire. Dans le cas de données en lecture seule, il n'y a même pas besoin du moindre mécanisme de synchronisation pour que les utilisent les mêmes données.
La programmation utilisant des est toutefois plus rigoureuse que la programmation séquentielle, et l'accès à certaines ressources partagées doit être restreint par le programme lui-même, pour éviter que l'état d'un processus ne devienne temporairement incohérent, tandis qu'un autre va avoir besoin de consulter cette portion de l'état du processus. Il est donc obligatoire de mettre en place des mécanismes de synchronisation (à l'aide de sémaphores, par exemple), tout en conservant à l'esprit que l'utilisation de la synchronisation peut aboutir à des situations d'interblocage si elle est mal utilisée.
La complexité des programmes utilisant des est aussi nettement plus grande que celle des programmes déférant séquentiellement le travail à faire à plusieurs processus plus simples (la complexité est similaire dans le cas de plusieurs processus travaillant en parallèle). Cette complexité accrue, lorsqu'elle est mal gérée lors de la phase de conception ou de mise en œuvre d'un programme, peut conduire à de multiples problèmes tels que : interblocages apparemment aléatoires : si un algorithme est mal conçu et permet un interblocage, le changement de vitesse du processeur, par l'utilisation incomplète d'un quantum de temps alloué ou au contraire de la nécessité d'utiliser un quantum supplémentaire, peut provoquer la situation d'interblocage ; de même, des périphériques plus ou moins rapides que ceux de la machine ayant servi à développer/tester le programme induisent des synchronisations temporellement différentes, et donc peuvent provoquer un interblocage non détecté auparavant ; enfin, le changement de charge processeur de la machine (un programme lourd tournant en parallèle, par exemple) peut là aussi déclencher plus facilement des interblocages qui n'avaient pas été vus auparavant, avec l'illusion d'un phénomène aléatoire. complexification inutile de certains algorithmes, qui ne bénéficient pas de la parallélisation du code mais qui sont pénalisés par des synchronisations d'accès aux ressources partagées : sur-parallélisation du code alors qu'un traitement séquentiel serait plus adapté, la perte de temps liée à la commutation de contexte n'étant pas compensée par la parallélisation ; Introduction de variables globales, forçant l'utilisation de synchronisation à outrance et donc des commutations de contexte inutiles. sur-utilisation des mécanismes de synchronisation inadaptés là où ils ne sont pas nécessaires, induisant un surcoût de temps processeur inutile : la mise en œuvre d'un pipeline FIFO entre deux seulement peut être effectuée facilement sans aucun mutex ; utilisation d'une section critique au lieu d'un mutex lecteurs/rédacteur, par exemple lorsque beaucoup de lisent une donnée tandis que peu écrivent dedans ou qu'une donnée est plus souvent lue qu'écrite.
Support des Systèmes d'exploitation Les systèmes d'exploitation mettent généralement en œuvre les , souvent appelés système ou natifs (par opposition aux liés à un langage de programmation donné). Ils sont utilisés au travers d'une API propre au système d'exploitation, par exemple Windows API ou les Threads POSIX. En général, cette API n'est pas orientée objet, et peut être relativement complexe à bien mettre en œuvre car composée uniquement de fonctions primitives, ce qui demande souvent à avoir quelques notions sur le fonctionnement de l'ordonnanceur.
L'avantage des natifs est qu'ils permettent des performances maximales, car leur API permet de minimiser le temps passé dans le noyau et d'éliminer les couches logicielles inutiles. Leur principal inconvénient est, de par la nature primitive de l'API, une plus grande complexité de mise en œuvre.
Langages de programmation Certains langages de programmation, tels que Smalltalk et certaines implémentations de Java « » (éléments sur le support des sur le site officiel Sun) « » (guide d'utilisation des sous Java sur le site JavaWorld). « » (annonce sur le site officiel d'abandon des sur Linux). « » (documentation officielle sur le modèle de sur Solaris)., intègrent un support pour les implémentés dans l'espace utilisateur (), indépendamment des capacités du système d'exploitation hôte.
La plupart des langages (Java sur la plupart des systèmes d'exploitation, C# .NET, C++, Ruby…) utilisent des extensions du langage ou des bibliothèques pour utiliser directement les services de multithreading du système d'exploitation, mais de façon portable. Enfin, des langages comme Haskell utilisent un système hybride à mi-chemin entre les deux approches. À noter que, pour des raisons de performances en fonction des besoins, la plupart des langages permettent d'utiliser au choix des natifs ou des (notamment via l'utilisation de fibres). D'autres langages, comme Ada (langage), implémentent également un multitâche indépendant du système d'exploitation sans pour autant utiliser réellement le concept de .
Le C++, depuis la norme nommée C++11, possède aussi une bibliothèque standard de gestion des (inspirée de Boost) : le modèle de classe est std::thread. Celui-ci est simple d'utilisation, et permet de bien créer et exécuter ses . Auparavant, chaque framework devait implémenter sa propre surcouche de gestion des , en général câblée directement sur les natifs du système.
Paradigmes de programmation
Programmation parallèle En programmation parallèle, le principe de base est d'assurer la réentrance des entités logicielles utilisées par les , soit par conception (fonctions pures), soit par synchronisation (notamment par l'utilisation d'un mutex encadrant l'appel à la fonction).
Programmation procédurale En programmation procédurale, on utilise le plus souvent directement les natifs du système d'exploitation. Leur utilisation est alors directement dépendante de l'API du système, avec ses avantages et inconvénients. Notamment, les fonctions utilisées par les doivent être réentrantes ou protégées par mutex.
Programmation orientée objet En programmation orientée objet, l'utilisation des se fait en général par héritage depuis une classe mère (ou modèle de classe) générique, possédant une méthode virtuelle pure qui contiendra le code à exécuter en parallèle. Il faut et il suffit alors d'écrire la classe dérivée implémentant ce que l'on veut paralléliser, de l'instancier et d'appeler une méthode particulière (souvent nommée ou équivalent) pour démarrer le . Des méthodes d'arrêt ou d'attente de fin de tâche sont également présentes, simplifiant fortement la création de simples. Toutefois, des opérations plus complexes (barrière sur un nombre important de , réglages précis de priorité, etc.) peuvent être moins faciles qu'avec l'utilisation des natifs.
On parle de classe réentrante lorsque des instances distinctes d'une telle classe peuvent être chacune utilisées par des sans effet de bord, ce qui signifie en général une absence d'élément global ou statique dans l'implémentation de la classe. On parle aussi de classe lorsque plusieurs peuvent utiliser une seule et même instance de cette classe sans engendrer de problèmes de concurrence. Une classe est forcément réentrante, mais la réciproque est fausse.
Programmation fonctionnelle Par nature, comme tout élément en programmation fonctionnelle est réentrant - et souvent - à quelques rares exceptions près, la mise en œuvre des est fortement simplifiée par ce paradigme. En général, la parallélisation du code ne dépend que des contrats et des séquences d'appel : requiert bien entendu de calculer avant , ce qui empêche de paralléliser les deux fonctions. Mais ces contraintes ne sont pas spécifiques à la programmation fonctionnelle, elles sont inhérentes à l'algorithme implémenté.
Patrons de conception () classiques avec les Beaucoup de patrons de conception () peuvent bénéficier des , comme , , ou encore . De manière générale, toute passation d'information à une entité logicielle d'un peut faire l'objet de l'utilisation de .
Parmi les autres exemples classiques, on trouve : les modèles maître-esclave et client-serveur : un « maître » centralise le travail à faire et le distribue aux « esclaves », collectant ensuite leurs résultats ; un pool de (le étant statique ou dynamique) permet d'interroger plusieurs serveurs sans bloquer le client ;