Synchronisatieprimitieven

Synchronisatieprimitieven zijn bouwstenen in gelijktijdige programmering die het gedrag van meerdere uitvoeringsstromen (threads) of processen coördineren. Ze zorgen voor atomairheid van bewerkingen, bepalen de volgorde van gebeurtenissen en voorkomen data races en inconsistentie bij gedeelde gegevens.

Veelvoorkomende synchronisatieprimitieven zijn mutexen (mutual exclusion locks) die exclusieve toegang tot een kritieke sectie afdwingen; spinlocks die wachten door voortdurend te controleren; semaforen die tellen hoeveel beschikbare bronnen toestaan; monitors die data en operaties op een object bundelen met automatische mutual exclusion; voorwaardelijke variabelen (condition variables) voor het wachten op een conditie; barriers voor synchronisatie van een vast aantal threads; en read-write locks die meerdere lezers maar één schrijver toestaan. Ook atomische operaties en geheugenbarrières zijn fundamenteel voor correcte synchronisatie.

Toepassing en ontwerp: juiste toepassing impliceert het correct afhandelen van kritieke secties, het minimaliseren van de tijd waarin een lock vastzit en het vermijden van deadlocks, livelocks en starvation. Vaak wordt aangeraden om de volgorde van vergrendeling vast te leggen, bronnen in een globale volgorde te verwerven en minder gedeelde data te gebruiken.

Implementaties en voorbeelden: veel talen bieden ingebouwde ondersteuning, zoals POSIX pthread_mutex_lock, Java’s synchronized en ReentrantLock, C#’s lock, en Go’s kanalen en Mutex. Bij hogere programmeertalen kunnen synchronisatieprimitieven worden gebouwd boven een geheugenmodel en runtime.

Kritiek en testen: correcte toepassing vereist vaak theoretische analyse of formeel bewijs; hulpmiddelen voor race- en deadlock-detectie, stress-tests en modelchecking worden gebruikt om fouten op te sporen.

---