Типы потоков по способу их взаимодействия. Понятие критического участка. Необходимость использования синхронизации.
Под словами "параллельный поток" или просто "поток" будем понимать объект, выполняемый параллельно с основным потоком приложения и с другими параллельными потоками. Термин "параллельность" -то есть, операционная система выделяет потоку некоторый квант времени, а затем переключается на другой поток. Параллельный поток может добровольно отдавать часть своего кванта времени, если он переходит в состоянии ожидания некоторого события. Выполнение потока может быть прервано более приоритетным потоком.
Критическая секция – это часть программы, исполнение которой может привести к возникновению эффект гонки для определенного набора программ. Чтобы исключить эффект гонок по отношению к некоторому ресурсу, необходимо организовать работу так, чтобы в каждый момент времени только один процесс мог находиться в своей критической секции, связанной с этим ресурсом. Иными словами, необходимо обеспечить реализацию взаимоисключения для критических секций программ. Реализация взаимоисключения для критических секций программ с практической точки зрения означает, что по отношению к другим процессам, участвующим во взаимодействии, критическая секция начинает выполняться как атомарная операция.
Синхронизация потоков
объект, известный как "критическая секция". Смысл этого объекта состоит в том, что операционная система гарантирует, что при любом раскладе только один из множества конкурирующих параллельных потоков может попасть внутрь критической секции. Все остальные потоки будут приостановлены операционной системой вплоть до момента, когда поток, захвативший критическую секцию, выйдет из нее. В критической секции можно проверить действительность ссылки, не опасаясь, что она будет нарушена. Это действительно корректное решение, но какой ценой?
Если мы расширим наш простейший пример на случай множества потоков, то для каждого потока нам потребуется одна ссылка и одна критическая секция. Конечно, можно обойтись одной критической секцией на все потоки, но при большом их числе и при частом создании-уничтожении потоки будут толпиться в одном узком месте, что не есть хорошо. Задача осложняется тем, что мы должны контролировать действительность потока всякий раз, когда мы к нему обращаемся, то есть, при любой операции с объектом потока. Отсюда понятно нежелание делать одну критическую секцию на все потоки.
Наличие большого числа критических секций и ссылок делает программу весьма подверженной ошибкам, так как очень легко забыть о том, что любое обращение к потоку требуется выполнять через критическую секцию. Нам требуется найти не только корректное, но и удобное, "ошибкоустойчивое", решение задачи. А для стимула можно напустить еще больше страху - объекты потоков взаимодействуют не только с потоком приложения, но и между собой, да еще создаются и уничтожаются не только в потоке приложения, но в других потоках.
Как ни странно, эта задача не так сложна, какой может показаться после всех описанных ужасов. Более того, возможно несколько ее решений.