Что хотят услышать интервьюеры:

lock — это самый простой способ сделать критическую секцию в C#: он гарантирует, что код внутри выполнит только один поток одновременно. Mutex и Semaphore — более низкоуровневые примитивы синхронизации; Mutex обычно нужен для взаимного исключения, в том числе между процессами, а Semaphore — для ограничения числа одновременно работающих потоков. Важно понимать не только назначение, но и стоимость: lock обычно легче и быстрее, чем Mutex.

Определение:

lock — это синтаксический сахар над монитором (Monitor) в C#, который защищает участок кода от одновременного доступа несколькими потоками внутри одного процесса.

Mutex — это объект взаимного исключения, который может синхронизировать доступ как внутри одного процесса, так и между процессами. В каждый момент времени владельцем может быть только один поток.

Semaphore — это счётчик разрешений. Он позволяет одновременно войти в критическую секцию не одному, а ограниченному числу потоков. Когда разрешения заканчиваются, остальные потоки ждут.

Пример использования:

using System;
using System.Threading;

class Program
{
    private static readonly object _lockObj = new object();
    private static int _counter = 0;

    private static readonly Mutex _mutex = new Mutex();
    private static readonly Semaphore _semaphore = new Semaphore(2, 2);

    static void Main()
    {
        // lock: только один поток внутри критической секции
        lock (_lockObj)
        {
            _counter++;
        }

        // Mutex: взаимное исключение, можно использовать между процессами
        _mutex.WaitOne();
        try
        {
            _counter++;
        }
        finally
        {
            _mutex.ReleaseMutex();
        }

        // Semaphore: одновременно не более 2 потоков
        _semaphore.WaitOne();
        try
        {
            Console.WriteLine("Поток вошёл в ограниченную секцию");
        }
        finally
        {
            _semaphore.Release();
        }
    }
}

Пояснение кода:

lock (_lockObj) защищает изменение _counter так, чтобы в этот блок одновременно вошёл только один поток.
Mutex требует явного захвата через WaitOne() и освобождения через ReleaseMutex(). Если не освободить в finally, можно получить зависание.
Semaphore(2, 2) означает, что одновременно в секцию могут войти максимум 2 потока.
Для Semaphore после работы обязательно вызывается Release(), иначе разрешение не вернётся в счётчик.
На практике lock чаще всего используют для синхронизации внутри приложения, а Mutex — когда нужна межпроцессная синхронизация, Semaphore — когда нужен лимит параллелизма.

Ключевые моменты:

lock — самый удобный и распространённый вариант для синхронизации внутри одного процесса.
Mutex — взаимное исключение с возможностью межпроцессной синхронизации, обычно тяжелее lock.
Semaphore — не “один владелец”, а ограничение количества одновременных входов.
Для коротких критических секций обычно выбирают lock.
Любой из этих механизмов нужно освобождать корректно, иначе легко получить дедлок или утечку разрешений.
Нельзя использовать их как замену друг другу без понимания задачи: выбор зависит от того, нужен один поток, несколько потоков или синхронизация между процессами.

Объясните отличия между механизмами блокировки: lock, Semaphore и Mutex.