Green Coding im Überblick

Green Coding bezeichnet einen Ansatz in der Softwareentwicklung, dessen Ziel es ist, Programmcode mit minimalem Energieverbrauch zu erstellen.

Green Coding ist eine Programmierpraxis, die darauf ausgelegt ist, möglichst umweltverträgliche Softwaresysteme zu erstellen. Der Hintergrund: Aufgrund der fortschreitenden Digitalisierung spielt Software in nahezu allen Lebensbereichen eine immer größere Rolle. Doch Software, die viel Energie verbraucht, trägt erheblich zu Treibhausgas-Emissionen bei. Mit Green Coding wirkt man dieser Zwickmühle entgegen.

Zentraler Pfeiler von Green Coding ist nicht nur die Energieoptimierung von Software, sondern auch die nachhaltigere Softwareentwicklung, bei der beispielsweise erneuerbare Energien genutzt werden, um Rechenzentren oder Cloud-Systeme mit Strom zu versorgen.

Green Coding setzt auf allen Ebenen des Softwareentwicklungsprozesses an: Sowohl die Architektur der Software als auch der zugrundeliegende Entwicklungsansatz sowie weitere Faktoren sind optimierungsfähig. Verworrener und wenig optimierter Code soll in grünen Programmen vermieden werden. Der Grund hierfür ist einfach: Unzureichend optimierter Code führt häufig Anweisungen aus, die für die Programmlogik nicht zwingend erforderlich ist. Dies führt zu unnötigen Zugriffen auf Ressourcen und mündet somit in Energieverschwendung.

Im Rahmen von Green Coding spricht man oftmals von den „Säulen des Green Coding“, die die Basis für nachhaltigere Software bilden.

Das grüne Programmieren fußt auf vier Säulen. Jede dieser Säulen ist essenziell für den Softwareentwicklungsprozess und bietet das Potenzial, Ressourcen und Emissionen einzusparen.

Die Softwarearchitektur bildet die erste Säule. Hierbei handelt es sich um den grundlegenden Aufbau der zu programmierenden Anwendungen. Dieser kann vor allem hinsichtlich des Energieverbrauches optimiert werden: So ist es zum Beispiel möglich, den Code so zu bündeln, dass jederzeit eine optimale Auslastung der Hardware gewährleistet und so weniger Strom benötigt wird. Auch automatische Abschaltungsmechanismen bei Nichtgebrauch von Software sind Teil grüner Architektur und tragen erheblich zu einem reduzierten Energieverbrauch von Anwendungsprogrammen bei.

Ein weiterer zentraler Faktor im Green Coding ist die Logik von Programmen. Im Wesentlichen gilt es hier, den Programmcode zu optimieren, sodass die Anwendung von Programmen nicht durch unnötige Codeanweisungen entschleunigt wird. Weitere Faktoren wie die Wahl von ressourcenschonenden Dateiformaten oder effizienteren Datenstrukturen spielen ebenfalls eine große Rolle, wenn es darum geht, effizienten und umweltfreundlichen Programmcode zu entwerfen.

Die Methodik ist eine Säule des grünen Programmierens, die sich weniger mit dem Programmcode, sondern vorranging mit dem Softwareentwicklungsprozess auseinandersetzt. So eignen sich vor allem agile Softwareentwicklungsmodelle für die energieeffiziente Anpassung von Code und Anwendungen. Das kleinschrittige Entwickeln und Testen beim agilen Programmieren sorgt dafür, dass Programmbestandteile mit schlechter Energieeffizienz früh erkannt und verändert werden können, sodass das Endprodukt im Optimalfall so energieschonend wie möglich ist.

Green Coding setzt sich nicht nur mit der Software, sondern auch mit Hardware auseinander. Auch hier gibt es eine Reihe von Ansatzpunkten, die genutzt werden können, um umweltfreundlichere Systeme zu gewährleisten. Insbesondere die Auslastung von Servern ist ein Faktor, der sich auf den Ressourcenverbrauch auswirkt: Server, die unter geringer Last laufen, verbrauchen mehr Strom als nötig. Cloud-Computing kann hier Abhilfe schaffen, da die Ressourcen flexibel skaliert und an den individuellen Bedarf angepasst werden können. Im Idealfall wird der Energiebedarf der Cloud-Computing-Server mit erneuerbaren Energien gedeckt.

Nicht nur das Design von Software wirkt sich auf die Energieeffizienz des Endproduktes aus: Auch die Wahl der Programmiersprache, in der das Projekt realisiert wird, ist maßgeblich. So unterscheiden sich die verschiedenen Programmiersprachen hinsichtlich ihres Ressourcenverbrauches in Sachen Energie, Speicher und Zeit stark.

Die energieeffizienteste Programmiersprache ist C. Das verwundert nicht: C ist eine hardwarenahe Programmiersprache und arbeitet mit einer geringen Abstraktionsebene, sodass Hardwareressourcen effizient genutzt werden können. Auch die direkte Speicherverwaltung ist ein bedeutsamer Faktor für die Effizienz von C, da sie es Programmierenden ermöglicht, effiziente Strategien zur Allokation und Deallokation von Speicher (Speicherreservierung) zu entwickeln. Auch die auf C basierende objektorientierte Sprache C++ ist äußerst ressourcenschonend.

Neben C ist auch Rust eine Programmiersprache, die sich hervorragend für Green Coding eignet. Bei Rust handelt es sich um eine relativ junge Programmiersprache, die dank einer kontrollierten Speicherverwaltung effiziente Speicherzugriffe ermöglicht. Auf diese Weise werden unnötige und energieverschwendende Zugriffe auf den Speicher vermieden. Auch das hohe Maß an Parallelisierung, das Rust ermöglicht, ist ein wesentlicher Faktor für die Energieeffizienz: Hardwareressourcen werden auf diese Weise optimal ausgelastet.

Was an dieser Stelle vielleicht überrascht, ist, dass Python, obwohl es sich um eine der beliebtesten Programmiersprachen handelt, im Energieeffizienz-Ranking äußerst schlecht abschneidet. Das liegt zum einen daran, dass Python-Programme erst zur Laufzeit interpretiert und nicht kompiliert werden: Es gibt also keinen einmaligen Kompilierungsprozess. Doch auch die dynamische Typisierung der Sprache führt zu einer erhöhten Laufzeit von Programmen in Python, da die Variablentypen dynamisch während der Programmausführung ermittelt werden. Aus ähnlichen Gründen ist auch JavaScript nicht sehr energieeffizient und eignet sich daher eher weniger für Green Coding.

Wenn Sie Ihre Programme in Zukunft auch grüner gestalten möchten, gibt es einige Best Practices, an die Sie sich im Entwicklungsprozess halten können.

• Intelligente Softwarearchitektur: Vermeiden Sie redundanten und unnötigen Code. Vermeiden Sie unnötige Schleifen. Bauen Sie gegebenenfalls Mechanismen ein, die das Programm bei Nichtgebrauch automatisch beenden.
• Wahl der Programmiersprache: Wählen Sie eine energieeffiziente Programmiersprache für Ihr Projekt.
• Kontinuierliches Testen: Testen Sie die Komponenten Ihres Projektes kleinschrittig während der Entwicklung und identifizieren Sie Bestandteile, die besonders viele Ressourcen in Anspruch nehmen.
• Daten und Netzwerke: Reduzieren Sie den Datenverbrauch und die Distanz, die Daten im Netzwerk zurücklegen müssen, z.B. durch Caching.