Bei der Thread-Synchronisierung handelt es sich um einen Mechanismus, bei dem mehrere gleichzeitige Threads gesteuert werden, um einen kritischen Abschnitt auf serialisierte Weise auszuführen, wodurch die Datenkonsistenz sichergestellt und Datenwettläufe verhindert werden. Es garantiert die geordnete Ausführung von Threads und verhindert das Auftreten unerwarteten Systemverhaltens aufgrund von Konflikten beim Zugriff auf gemeinsam genutzte Ressourcen.
Kritischer Abschnitt:
Ein kritischer Abschnitt ist ein gemeinsam genutzter Code- oder Datenabschnitt, auf den jeweils nur ein Thread zugreifen darf. Wenn mehrere Threads gleichzeitig auf einen kritischen Abschnitt zugreifen, kann dies zu Datenbeschädigungen und unvorhersehbarem Verhalten führen.
Synchronisationsprimitive:
Um den Thread-Zugriff auf kritische Abschnitte zu synchronisieren, werden verschiedene Synchronisierungsprimitive verwendet:
- Mutexe (Sperren mit gegenseitigem Ausschluss):Ein Mutex wird verwendet, um eine gemeinsam genutzte Ressource zu sperren, sodass jeweils nur ein Thread auf den kritischen Abschnitt zugreifen kann. Threads, die versuchen, auf eine gesperrte Ressource zuzugreifen, werden blockiert, bis der Mutex entsperrt wird.
- Semaphore:Ein Semaphor ist eine Variable, die zur Steuerung des Zugriffs auf gemeinsam genutzte Ressourcen verwendet wird. Es enthält eine nicht negative Ganzzahl, die die Anzahl der verfügbaren Ressourcen angibt. Threads dekrementieren das Semaphor, bevor sie auf Ressourcen zugreifen, und erhöhen es, wenn sie fertig sind.
- Bedingungsvariablen:Bedingungsvariablen werden in Verbindung mit Mutexes verwendet, um Threads zu verwalten, die auf das Eintreten bestimmter Ereignisse oder Bedingungen warten, bevor sie fortfahren. Threads verwenden Bedingungsvariablen, um zu warten, bis eine bestimmte Bedingung erfüllt ist, und dann mit der Ausführung fortzufahren.
- Atomare Variablen:Atomare Variablen bieten threadsichere Operationen für Variablen. Sie stellen sicher, dass alle Threads, die auf die Variable zugreifen, gleichzeitig denselben Wert sehen.
- Barrieren:Barrieren sind Synchronisationspunkte, an denen Threads darauf warten, dass alle Threads einen bestimmten Punkt im Code erreichen, bevor sie fortfahren.
Ziel der Thread-Synchronisierung ist es, sicherzustellen, dass auf gemeinsam genutzte Ressourcen kontrolliert zugegriffen wird, wodurch Race Conditions und Datenbeschädigungen verhindert werden und ein konsistentes Systemverhalten gewährleistet wird.
