Grundlagen der parallelen Programmierung

Parallele Programmierung ist eine Technik, die die Ausführung von Software beschleunigt, indem sie die gleichzeitige Verarbeitung von Aufgaben ermöglicht. Dies unterscheidet sich von sequenzieller Programmierung, die Aufgaben nacheinander ausführt. Konkurrenz ermöglicht es, dass mehrere Aufgaben über Zeit Fortschritte erzielen, während Parallelität sie tatsächlich gleichzeitig ausführt. Threads und Prozesse sind Ausführungseinheiten, die unabhängig laufen und durch Synchronisation verwaltet werden, um Dateninkonsistenzen zu vermeiden. Race-Bedingungen entstehen durch unsynchronisierten Zugriff auf gemeinsame Daten und stellen eine Herausforderung für Entwickler dar. Verschiedene Sprachen wie Python, C++, Java und Go bieten Werkzeuge für parallele Programmierung, einschließlich Threads, Executors und Goroutinen. Daten-, Aufgaben- und Pipeline-Parallelität sind unterschiedliche Ansätze, um rechnerische Herausforderungen zu überwinden. Vorteile sind schnellere Berechnungen, bessere CPU-Auslastung und verbesserte Anwendungsleistung, aber Herausforderungen wie komplexe Fehlersuche und Race-Bedingungen bestehen. Reale Anwendungen umfassen wissenschaftliche Simulationen, Bildverarbeitung, Machine Learning und Gaming. Obwohl komplex, ist parallele Programmierung essentiell für die Erstellung von hochgeschwindigkeitsfähigen, skalierbaren Anwendungen.