Несмотря на всю важность синхронизации потоков, применение этого средства сопряжено со значительными рисками снижения производительности, которые ниже частично обсуждаются на примере как однопроцессорных, так и многопроцессорных (SMP) систем. У возможных альтернативных решений имеются собственные достоинства и недостатки. Например, объекты CRITICAL_SECTION (CS) и мьютексы обладают почти одинаковыми свойствами и решают одну и ту же фундаментальную задачу. Вообще говоря, наиболее эффективным механизмом блокирования являются объекты CS, хотя это справедливо не во всех ситуациях. Кроме того, как показано в главе 10, объекты CS менее удобны в работе по сравнению с мьютексами. В некоторых случаях достаточно использовать функции взаимоблокировки потоков, а при тщательном проектировании и реализации приложения иногда можно вообще обойтись без использования объектов синхронизации.

Сначала мы обсудим сравнительные достоинства и недостатки объектов CS и мьютексов, дополнив этот анализ учетом факторов, проявляющихся в SMP-системах. К числу других рассмотренных ниже тем относятся спин-счетчики объектов CS, дросселирование семафоров и родство процессоров. Глава заканчивается сводкой рекомендаций, касающихся оптимизации производительности.

Использование синхронизации в программах может и будет ухудшать их производительность, и в этом отношении следует быть особенно осмотрительным в случае SMP-систем. На первый взгляд, это противоречит здравому смыслу, поскольку от SMP-систем в целом можно было, бы ожидать только повышения производительности, а уж о том, что при переходе к ним быстродействие программ может снижаться, казалось бы, и речи идти не может. Тем не менее, в силу особенностей внутренних механизмов реализации, а также конкуренции между процессорами за право доступа к памяти могут наблюдаться неожиданные эффекты, в том числе и резкое ухудшение производительности программы.

Прежде всего, мы попытаемся количественно оценить влияние объектов синхронизации на производительность, и сравним между собой объекты CRITICAL_SECTION и мьютексы. В программе statsMX.c (программа 9.1) для синхронизации доступа к специфической для каждого потока структуре данных используется мьютекс. Программа statsCS.c, листинг которой здесь не приводится, но его можно найти на Web-сайте книги, делает точно то же, но с использованием объекта CRITICAL_SECTION, тогда как в программе stats IN. с для этого привлекаются функции взаимоблокировки (interlocked functions). Наконец, в программе statsNS.с, которая также здесь не приводится, синхронизация вообще не используется; оказывается, в данном примере можно вообще обойтись без синхронизации, поскольку каждый рабочий поток обращается к собственной уникальной области памяти. Некоторые предостережения по этому поводу приведены в конце данного раздела. В реальных программах количество рабочих потоков может быть неограниченным, однако для простоты в программе 9.1 обеспечивается поддержка 64 потоков.

Описанная совокупность программ не только позволяет оценить зависимость производительности от выбора конкретного типа объекта синхронизации, но и говорит о следующих вещах:

• При тщательном проектировании программы в некоторых случаях можно вообще обойтись без использования синхронизации. 

• В простейших ситуациях, например, когда требуется инкрементировать значение совместно используемой переменной, достаточно использовать функции взаимоблокировки.

• В большинстве случаев использование мьютексов обеспечивают более высокое быстродействие программы по сравнению с использованием объектов CS.

• Обычная методика заключается в определении структуры данных аргумента потока таким образом, чтобы она содержала информацию о состоянии, которая должна поддерживаться потоком, а также указатель на мьютекс или иной объект синхронизации.