同步与互斥
同步与互斥（Synchronization & Mutual Exclusion）是并发编程的核心难题——多个线程/进程共享同一份资源时，如何协调它们的执行顺序与访问规则，使其结果正确且不阻塞死。它有两层目标：①互斥（Mutual Exclusion）——保证同一时刻只有一个线程进入临界区（访问共享资源的代码段），避免竞态条件（race condition）；②同步（Synchronization）——让线程按特定顺序协作（如生产者先放数据，消费者才能取）。互斥锁、信号量、管程是三大经典工具，Peterson 算法是软件互斥的理论奠基，而生产者-消费者、读者-写者、哲学家就餐是三大经典问题，优先级反转则是真实系统（如火星探路者号）踩过的坑。
本叶的全部考点围绕"临界区怎么保护、并发怎么协调"展开：①竞态条件——为何并发会出错（计数器 i++ 丢失更新），根因是指令交错；②临界区问题四条件——互斥、前进、有限等待、（与速度无关）；③互斥锁（mutex）——最朴素的互斥原语，加锁/解锁，二元状态；④信号量（semaphore）——Dijkstra 提出，P/V 操作，二元信号量（等价 mutex）与计数信号量（资源池）；⑤mutex vs semaphore 区别——所有权与释放者；⑥三大经典问题——生产者-消费者（empty/full + mutex）、读者-写者（读者优先 vs 写者优先）、哲学家就餐（死锁风险与解法）；⑦管程（monitor）——语言级封装（条件变量 wait/signal），比信号量易用；⑧Peterson 算法——两进程软件互斥，flag + turn；⑨优先级反转——低优先级持锁阻塞高优先级，优先级继承/天花板协议解决；⑩自旋锁 vs 阻塞锁——忙等与睡眠的取舍。掌握这些，是写出正确并发程序（无数据竞争、无死锁、无饿死）的前提。
评价
优点
- 互斥保证安全：临界区同一时刻只允许一个线程进入，消除竞态条件，保证共享数据一致
- 同步协调顺序：信号量/条件变量让线程按预期顺序协作（如先生产后消费），实现复杂并发协议
- 抽象降低复杂度：管程（Java
synchronized/Gosync.Mutex）把锁与条件变量封装成语言级结构，开发者无需手写 P/V - 广泛适用：从单机多线程到分布式锁，互斥思想贯穿所有并发场景
缺点
- 死锁风险：多个线程互相等待对方释放锁（如哲学家同时拿起左手叉子），不加防护会永久僵死
- 性能损耗：加锁/解锁有上下文切换与缓存失效开销；锁粒度太粗降低并发度，太细又难维护
- 优先级反转：高优先级线程被低优先级线程间接阻塞，可能导致实时系统任务超时（火星探路者号事故）
- 极难调试：竞态、死锁等 bug 非确定可重现，只在特定时序下触发，是测试与诊断的重灾区
本叶地图
- 入门 —— 竞态条件、临界区问题四条件、互斥锁、信号量（二元/计数）、mutex vs semaphore 区别
- 经典同步问题 —— 生产者-消费者、读者-写者（读者优先/写者优先）、哲学家就餐（死锁与解法），含信号量伪代码详解
- 管程、优先级反转与 Peterson 算法 —— 管程与条件变量、Peterson 软件互斥、优先级反转与继承、自旋锁 vs 阻塞锁
- 参考 —— mutex/semaphore/管程对比、经典问题信号量配置速查、代码模板、易错点