Взаимное исключение (mutual exclusion) — это механизм или протокол, используемый для предотвращения одновременного доступа к общему ресурсу (например, переменной, файлу или блоку памяти) со стороны нескольких конкурирующих потоков или процессов. Это необходимо для обеспечения целостности данных и предотвращения состояния гонки (race condition), когда результат операции зависит от порядка выполнения неконтролируемых событий.

Основная идея взаимного исключения заключается в том, что в любой момент времени только один поток или процесс может получить доступ к критической секции — участку кода, который работает с общим ресурсом.

Типичные механизмы для реализации взаимного исключения в Java:

synchronized ключевое слово:
- Может быть применено к методам или блокам кода.
- Методы метки экземплярного метода синхронизируются по объекту-экземпляру.
- Методы метки статического метода синхронизируются по объекту Class.
- Блоки кода синхронизируются по указанному объекту-монитору.
```
public class Counter {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() { // synchronized метод
        count++;
    }

    public void decrement() {
        synchronized (this) { // synchronized блок
            count--;
        }
    }
}
```

Классы из пакета java.util.concurrent.locks:

Предоставляют более гибкие и мощные средства, чем synchronized.
Примеры: ReentrantLock, StampedLock, ReadWriteLock.
Позволяют явно управлять блокировкой (захват/освобождение).

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class CounterWithLock {
    private int count = 0;
    private final Lock lock = new ReentrantLock();

    public void increment() {
        lock.lock(); // Захват блокировки
        try {
            count++;
        } finally {
            lock.unlock(); // Освобождение блокировки
        }
    }
}

Атомарные переменные (java.util.concurrent.atomic):
- Предоставляют потокобезопасные операции (такие как инкремент, декремент, сравнение и обмен) над одиночными значениями без явной блокировки.
- Используют низкоуровневые аппаратные инструкции, такие как Compare-and-Swap (CAS).
- Примеры: AtomicInteger, AtomicLong, AtomicReference.
```
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class AtomicCounter {
    private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

    public void increment() {
        count.incrementAndGet(); // Атомарная операция
    }
}
```

Выбор механизма зависит от конкретных требований: простоты (synchronized), гибкости (Locks) или производительности для простых операций (Atomic).

Неправильное использование механизмов взаимного исключения может привести к проблемам, таким как:

Взаимная блокировка (Deadlock): Два или более потока ожидают ресурсы, которые удерживают друг друга.
Голодание (Starvation): Поток не может получить доступ к ресурсу, потому что другие потоки постоянно его захватывают.
Неправильный порядок (Livelock): Потоки постоянно меняют свое состояние в ответ друг на друга, но не могут выполнить полезную работу.

Что такое взаимное исключение?