Ресурсы, требующие синхронизации:

• системные ресурсы (последовательные порты);

• ресурсы, используемые несколькими процессами (дескрипторы файлов);

• ресурсы отдельного домена приложения (глобальные, статические поля или поля экземпляров), к которым обращаются несколько потоков.

В связи с организацией многозадачности на основе потоков возникает потребность в особого рода режиме, который называется синхронизацией и позволяет координировать выполнение потоков вполне определенным образом.

Управление последовательностью доступа потоков к объекту называют синхронизацией потоков. Сам же объект называют объектом синхронизации. Типичными средствами синхронизации потоков являются: критические секции, мониторы, мьютексы.

Простейшие методы блокировки.

• lock- выполняет блокировку заданного объекта, выполняет оператор и потом снимает блокировку.

• Mutex - гарантирует, что только один поток может получить доступ к ресурсу или секции кода. Может использоваться для предотвращения запуска нескольких экземпляров приложения

• Semaphore - гарантирует, что не более заданного числа потоков может получить доступ к ресурсу или секции кода.

Оператор lock

• При помощи ключевого слова lock блок операторов можно пометить как важный фрагмент, получив блокировку взаимного исключения для указанного объекта, выполнив оператор, а затем сняв блокировку. 

• Ключевое слово lock не позволит одному потоку войти в важный раздел кода в тот момент, когда в нем находится другой поток. При попытке входа другого потока в заблокированный код потребуется дождаться снятия блокировки объекта.

При получении блокировки поток вступает во владение ею и снимает ее при достижении конца отвечающего за блокировку блока кода. Когда каждый поток, изменяющий объект, на который ссылается переменная состояния, использует блокировку, проблема с состязанием за ресурсы больше не возникает.

Слишком большое количество блокировок тоже может приводить к проблемам, например, к взаимоблокировке. Взаимоблокировкой (deadlock) называется ситуация, когда как минимум два потока останавливаются и ожидают друг от друга снятия блокировки. Поскольку оба потока ожидают друг от друга выполнения соответствующего действия, получается, что они блокируют друг друга, из-за чего их ожидание может длиться бесконечно.

Класс Interlocked

• Класс Interlocked позволяет создавать простые операторы для атомарных операций с переменными. Например, операция i++ не является безопасной в отношении потоков. Она подразумевает извлечение значения из памяти, увеличение этого значения на 1 и его обратное сохранение в памяти. Такие операции могут прерываться планировщиком потоков. Класс Interlocked предоставляет методы, позволяющие выполнять инкремент, декремент, обмен и считывание значений в безопасной к потокам манере.

• Применение класса Interlocked является гораздо более быстрым подходом по сравнению с остальными приемами по обеспечению синхронизации. Однако пользоваться им можно для устранения только простых последствий синхронизации.

Методы Interlocked:

CompareExchange() - Безопасно проверяет два значения на эквивалентность. Если они эквивалентны, изменяет одно из значений на третье

Decrement() - Безопасно уменьшает значение на 1

Exchange() - Безопасно меняет два значения местами

Increment() - Безопасно увеличивает значение на 1