Что делает синхронизация в контексте многопоточности?

Синхронизация в контексте многопоточности предотвращает состояние гонки (race condition) и обеспечивает согласованный доступ к общим ресурсам (переменным, файлам, сетевым соединениям) из разных потоков.

Основные механизмы синхронизации:

• Mutex (мьютекс): Взаимное исключение. Только один поток может владеть мьютексом и получать доступ к защищенному ресурсу.
• Semaphore (семафор): Ограничивает количество потоков, которые могут одновременно получать доступ к ресурсу. Работает со счетчиком.
• Lock (блокировка): Обобщенное понятие, часто используемое для обозначения мьютексов или других механизмов, полностью блокирующих доступ.
• Dispatch Queue (очередь выполнения): В Grand Central Dispatch (GCD) очереди могут быть последовательными (serial) или параллельными (concurrent), обеспечивая синхронизацию путем управления порядком и количеством одновременно выполняющихся задач. Sequential очереди гарантируют выполнение задач по одной, что inherently обеспечивает синхронизацию для данных, доступ к которым осуществляется только из задач этой очереди.

Принцип работы: Поток, желающий получить доступ к общему ресурсу, сначала пытается получить блокировку (acquire lock). Если ресурс свободен, поток получает блокировку и работает с ресурсом. После завершения работы поток освобождает блокировку (release lock). Если ресурс занят, другие потоки блокируются (ждут), пока ресурс не освободится.

Пример использования мьютекса для защиты критической секции:

// Пример в Objective-C с использованием @synchronized
- (void)updateSharedResource {
    @synchronized (self) { // Блокировка по объекту self
        // Здесь выполняется критическая секция
        // Доступ к sharedResource безопасен
        self.sharedResource++;
    } // Блокировка автоматически снимается при выходе из блока
}

// Пример в Swift с использованием NSLock
let lock = NSLock()
var sharedCounter = 0

func incrementCounter() {
    lock.lock() // Пытаемся получить блокировку
    // Критическая секция
    sharedCounter += 1
    lock.unlock() // Освобождаем блокировку
}

Синхронизация позволяет избежать проблем, таких как:

• Corruption (повреждение) данных.
• Deadlock (взаимная блокировка) потоков.
• Livelock (активные блокировки) потоков.

Выбор подходящего механизма синхронизации зависит от природы задачи и типа ресурса.