Какие примитивы синхронизации потоков ты знаешь в .NET?

В .NET существует иерархия примитивов синхронизации для управления доступом к общим ресурсам из нескольких потоков. Выбор зависит от сценария и требуемого уровня производительности.

1. Низкоуровневые (на основе атомарных операций)

• Ключевое слово volatile: Гарантирует, что чтение и запись в поле будут атомарными, а компилятор или процессор не переупорядочат операции с ним. Не является полноценным примитивом синхронизации.
• Класс Interlocked: Предоставляет атомарные операции для простых действий с числами и ссылками.

  int sharedCounter = 0;
  // Атомарное увеличение
  Interlocked.Increment(ref sharedCounter);
  // Атомарное сравнение и обмен (CAS - Compare-And-Swap)
  int oldValue, newValue;
  do {
      oldValue = sharedCounter;
      newValue = oldValue + 10;
  } while (Interlocked.CompareExchange(ref sharedCounter, newValue, oldValue) != oldValue);

2. Примитивы на основе ядра ОС (медленные, но мощные)

Используют переход в режим ядра, что дорого. Подходят для синхронизации между процессами.

• Mutex (мьютекс): Примитив взаимоисключения. Может быть именованным для межпроцессного взаимодействия.
• Semaphore и SemaphoreSlim: Ограничивают количество потоков, которые могут одновременно получить доступ к ресурсу.
• EventWaitHandle (AutoResetEvent, ManualResetEvent): Позволяют потоку сигнализировать другим потокам о наступлении события.

3. Гибридные и пользовательские примитивы (быстрые для внутрипроцессной синхронизации)**

Сначала пытаются выполнить операцию в пользовательском режиме, при конфликте переходят в режим ядра.

• lock (ключевое слово) / Monitor: Самый распространенный примитив для обеспечения эксклюзивного доступа к блоку кода.

  private readonly object _syncRoot = new object();
  public void ThreadSafeMethod()
  {
      lock (_syncRoot) // Вход в критическую секцию
      {
          // Работа с общим ресурсом
      }
  }

• ReaderWriterLockSlim: Оптимизирован для сценариев, где много операций чтения и мало записи. Позволяет множественное чтение, но эксклюзивную запись.
• ManualResetEventSlim и SemaphoreSlim: Облегченные версии своих аналогов на основе ядра, рекомендуются для использования внутри одного процесса.

Общее правило: Начинайте с самых "легковесных" примитивов (Interlocked, lock). Переходите к более сложным (ReaderWriterLockSlim, SemaphoreSlim) только при доказанной необходимости и понимании их семантики.