Objetivos da aula
O que você vai aprender
1
Definir thread e distingui-la de processo.
2
Comparar threads de usuário e de núcleo e os modelos de mapeamento.
3
Diferenciar concorrência de paralelismo.
4
Reconhecer vantagens, riscos e usos das threads.
1 · Motivação
Por que dividir um processo em threads?
Um navegador precisa renderizar a página, baixar imagens e responder ao seu clique ao mesmo tempo. Criar um processo separado para cada tarefa seria caro. A solução são as threads: vários fluxos de execução dentro de um mesmo processo.
Threads são mais leves que processos, compartilham dados facilmente e aproveitam máquinas com vários núcleos. Mas esse compartilhamento traz riscos que prepararão o terreno para a sincronização (Aula 7).
2 · Mapa
O que veremos nesta aula
Thread
vs processo→O que se
compartilha→Usuário ×
núcleo→Concorrência ×
paralelismo
vs processo→O que se
compartilha→Usuário ×
núcleo→Concorrência ×
paralelismo
💡
Ideia central: threads de um mesmo processo compartilham código, dados e arquivos, mas cada uma tem pilha e registradores próprios.
3 · Conceito
O que é uma thread
Thread. Unidade básica de execução dentro de um processo. Threads do mesmo processo compartilham código, dados e arquivos, mas têm pilha e registradores próprios.
4 · Conceito
O que é compartilhado e o que é privado
| Compartilhado entre threads | Privado de cada thread |
|---|---|
| Código, dados globais e heap | Pilha de execução |
| Arquivos abertos | Registradores e contador de programa |
| Espaço de endereçamento | Estado/contexto da thread |
É justamente o compartilhamento do heap e dos dados globais que torna a comunicação entre threads fácil — e que exige cuidado com sincronização.
5 · Exemplo
Threads num servidor web
// servidor que atende cada cliente com uma thread
enquanto (verdadeiro) {
conexao = aceitar(); // nova conexão
criar_thread(atender, conexao); // thread por cliente
}
// todas as threads compartilham o cache e a configuração,
// mas cada uma tem sua pilha (dados da conexão atual).
6 · Interativo
Stepper: criar processo × criar thread
Passo 1
Criar um processo exige copiar/configurar um novo espaço de endereçamento — caro.Passo 2
Criar uma thread só aloca uma nova pilha e contexto dentro do processo já existente — barato.Passo 3
Por isso threads são preferidas quando as tarefas precisam compartilhar muitos dados.7 · Conceito
Threads de usuário e de núcleo
Thread de usuário. Gerenciada por uma biblioteca, sem o kernel saber. Rápida de trocar, mas se uma bloqueia, todas podem bloquear.
Thread de núcleo. Gerenciada pelo SO, que pode escaloná-la em vários núcleos.
Thread de núcleo. Gerenciada pelo SO, que pode escaloná-la em vários núcleos.
8 · Conceito
Modelos de multithreading
Os modelos mapeiam threads de usuário em threads de núcleo:
| Modelo | Mapeamento | Característica |
|---|---|---|
| Muitos-para-um | Várias de usuário → 1 de núcleo | Rápido, mas sem paralelismo real; um bloqueio trava todas |
| Um-para-um | Cada de usuário → 1 de núcleo | Paralelismo real; mais custo por thread |
| Muitos-para-muitos | Várias de usuário → várias de núcleo | Flexível; equilibra custo e paralelismo |
9 · Analogia
Cozinha com vários cozinheiros
👨🍳 Analogia
Um processo é uma cozinha (espaço, ingredientes, fogões compartilhados). As threads são os cozinheiros: usam os mesmos ingredientes e fogões (dados e código compartilhados), mas cada um tem sua bancada e suas mãos (pilha e registradores). Por isso é rápido coordenar — e por isso podem brigar pela mesma panela (condição de corrida).10 · Comparação
Concorrência × paralelismo
Concorrência. Várias tarefas em progresso ao mesmo tempo (podem alternar em um único núcleo).
Paralelismo. Várias tarefas executando simultaneamente em núcleos diferentes.
Paralelismo. Várias tarefas executando simultaneamente em núcleos diferentes.
| Concorrência | Paralelismo | |
|---|---|---|
| Núcleos necessários | Um já basta | Vários |
| Execução | Alternada (intercalada) | Realmente simultânea |
11 · Flow
Da tarefa única às threads
1 processo,
1 fluxo→1 processo,
N threads→Threads em
N núcleos→Paralelismo
real
1 fluxo→1 processo,
N threads→Threads em
N núcleos→Paralelismo
real
O salto para o paralelismo real só acontece quando há threads de núcleo e múltiplos núcleos disponíveis.
12 · Aprofundamento
Vantagens e riscos
✅
Vantagens: criação mais leve que processos, compartilhamento fácil de dados, melhor resposta (uma thread atende a UI enquanto outra calcula) e uso de múltiplos núcleos.
⚠️
Riscos: como compartilham dados, threads podem provocar condições de corrida se acessarem o mesmo dado sem sincronização — assunto da Aula 7.
13 · Interativo
Verifique: concorrência vs paralelismo
Em uma CPU de um único núcleo rodando 3 threads, temos:
Com um único núcleo as threads se alternam: há concorrência, mas não paralelismo de verdade.
14 · Caso prático
Threads no editor de texto
Um editor moderno usa threads para tarefas paralelas:
- Uma thread responde ao que você digita (UI sempre fluida).
- Outra faz a verificação ortográfica em segundo plano.
- Outra salva automaticamente (autosave) sem travar a digitação.
Todas compartilham o documento aberto (dados globais), mas cada uma tem seu fluxo próprio.
15 · Erros comuns
Confusões frequentes
⚠️
Cuidado:
• Threads não têm pilha compartilhada — a pilha é privada de cada uma.
• Concorrência não implica paralelismo: pode haver concorrência com um núcleo só.
• Threads de usuário puras não dão paralelismo real se mapeiam em uma única thread de núcleo.
• Threads não têm pilha compartilhada — a pilha é privada de cada uma.
• Concorrência não implica paralelismo: pode haver concorrência com um núcleo só.
• Threads de usuário puras não dão paralelismo real se mapeiam em uma única thread de núcleo.
16 · Dicas
Quando usar threads
✅
Dicas:
• Use threads quando as tarefas compartilham muitos dados; use processos quando precisar de forte isolamento.
• Tarefas limitadas por E/S se beneficiam de concorrência mesmo com um núcleo.
• Tarefas limitadas por CPU se beneficiam de paralelismo (vários núcleos).
• Use threads quando as tarefas compartilham muitos dados; use processos quando precisar de forte isolamento.
• Tarefas limitadas por E/S se beneficiam de concorrência mesmo com um núcleo.
• Tarefas limitadas por CPU se beneficiam de paralelismo (vários núcleos).
17 · Interativo
Revele: bloqueio em threads de usuário
Por que, em threads de usuário puras, uma chamada bloqueante de E/S pode travar todas as threads do processo?
Porque o kernel não enxerga as threads individualmente — ele só vê o processo. Quando uma thread faz uma chamada bloqueante, o kernel bloqueia o processo inteiro, sem saber que existem outras threads prontas para rodar. No modelo um-para-um, cada thread tem sua thread de núcleo, então o kernel bloqueia apenas a que pediu E/S.
18 · Flashcards
Revisão relâmpago
Threadvirar
Fluxo de execução dentro de um processo; pilha e registradores próprios.
Compartilhado entre threadsvirar
Código, dados globais, heap e arquivos abertos.
Um-para-umvirar
Cada thread de usuário mapeia em uma thread de núcleo; permite paralelismo.
Paralelismovirar
Execução simultânea real em múltiplos núcleos.
19 · Conexões
Para onde isto leva
- Quem escalona as threads de núcleo → Aula 5.
- Corridas no acesso a dados compartilhados → Aula 7 (sincronização).
- Threads que cooperam por dados → Aula 6 (memória compartilhada).
- Base de processos → Aula 3.
20 · Síntese
Fechando a aula
🔑
Em uma frase: threads são fluxos leves dentro de um processo que compartilham dados, mas têm pilha própria; o mapeamento usuário↔núcleo decide o paralelismo, e concorrência (progresso intercalado) não é o mesmo que paralelismo (execução simultânea real).
Atividade em grupo · Threads no editor de texto
Em duplas, identifiquem oportunidades de threads em um aplicativo real.
Roteiro
- Tomem um editor de texto ou navegador.
- Listem 3 tarefas que poderiam rodar em threads separadas (ex.: verificação ortográfica, autosave, renderização).
- Indiquem o que essas threads compartilhariam e o que seria privado.
- Discutam se ganhariam com paralelismo real em uma máquina multicore.
Arquiteto de threadspropõe a divisão
Analista de recursossepara compartilhado de privado
📤 Entrega: Lista de 3 threads com o que cada uma compartilha e o que é privado.
Mini-quiz · Aula 4
20 questões sobre esta aula. Escolha e veja a explicação na hora.
0/20
📌 Resumo — leve isto para a prova
- Thread é a unidade de execução; threads compartilham código/dados/heap, mas têm pilha própria.
- Criar threads é mais barato que criar processos e facilita compartilhar dados.
- Threads de usuário são leves; threads de núcleo podem usar vários núcleos.
- Modelos: muitos-para-um, um-para-um e muitos-para-muitos.
- Concorrência é progresso intercalado; paralelismo é execução simultânea real (exige múltiplos núcleos).