Підсумки

Висновки

Спільні дані, до яких звертаються кілька потоків, створюють стан гонитви: навіть counter++ складається з кількох дій і втрачає оновлення. Коректна синхронізація забезпечує безпеку, живучість і справедливість. Найдешевший спосіб – позбутися спільного стану; для окремих змінних використовують атомарні операції Interlocked і CAS-цикли, для складених дій – lock з окремим об’єктом Lock або Monitor. Умовні змінні Monitor.Wait/PulseAll дозволяють чекати умову всередині критичної секції; SemaphoreSlim обмежує кількість потоків, ReaderWriterLockSlim пропускає багато читачів, а ManualResetEventSlim, CountdownEvent і Barrier координують потоки. Mutex і Semaphore з іменем синхронізують процеси. Взаємоблокування виникає за чотирьох умов Коффмана; на практиці його запобігають упорядкуванням замків і таймаутами, а діагностують у Rider (Parallel Stacks) і dotnet-dump. Крім взаємоблокувань, живучість порушують голодування, livelock, інверсія пріоритетів і конвої блокувань. Будь-яка критична секція виконується послідовно, тому вибір засобу та зернистості блокувань перевіряють вимірюваннями.

Питання для самоперевірки

1. Що таке спільний стан, критична секція та стан гонитви?
2. Чому операція counter++ не є атомарною? Які ще операції неатомарні?
3. Сформулюйте вимоги безпеки, живучості та справедливості.
4. Сформулюйте умови Бернштейна й наведіть приклад їх порушення.
5. Які методи має клас Interlocked? Як працює CAS-цикл?
6. Для чого призначено модифікатор volatile і чого він не гарантує?
7. На що компілятор перетворює оператор lock для типу Lock та для інших типів?
8. Які об’єкти не можна використовувати для блокування і чому?
9. Як працюють Monitor.Wait, Pulse і PulseAll? Чому умову перевіряють у циклі while?
10. Чим відрізняються Mutex, Semaphore і SemaphoreSlim?
11. Коли ReaderWriterLockSlim ефективніший за lock? Що таке режим оновлення?
12. Чим відрізняються ManualResetEventSlim, AutoResetEvent, CountdownEvent і Barrier?
13. Назвіть умови Коффмана. Які способи запобігання взаємоблокуванню порушують кожну з них?
14. Як знайти взаємоблокування за допомогою Rider і dotnet-dump?
15. Що таке голодування, livelock, інверсія пріоритетів і конвой блокувань?

Корисні посилання

• Огляд засобів синхронізації: https://learn.microsoft.com/dotnet/standard/threading/overview-of-synchronization-primitives
• Рекомендації щодо багатопотоковості: https://learn.microsoft.com/dotnet/standard/threading/managed-threading-best-practices
• Оператор lock: https://learn.microsoft.com/dotnet/csharp/language-reference/statements/lock
• Клас Lock: https://learn.microsoft.com/dotnet/api/system.threading.lock
• Клас Interlocked: https://learn.microsoft.com/dotnet/api/system.threading.interlocked
• Semaphore і SemaphoreSlim: https://learn.microsoft.com/dotnet/standard/threading/semaphore-and-semaphoreslim
• Утиліта dotnet-dump: https://learn.microsoft.com/dotnet/core/diagnostics/dotnet-dump
• Налагодження взаємоблокування: https://learn.microsoft.com/dotnet/core/diagnostics/debug-deadlock
• Багатопотокове налагодження в Rider: https://www.jetbrains.com/help/rider/Debugging_Multithreaded_Applications.html