1. Correctheid (raceomstandigheden en gegevenscorruptie vermijden):

* Atomiciteit: Een oplossing zorgt ervoor dat kritieke delen van de code (die gedeelde gegevens wijzigen) worden uitgevoerd als ondeelbare eenheden, waardoor race-omstandigheden worden voorkomen. Dit betekent dat geen enkele andere draad halverwege kan interfereren. Oplossingen omvatten vaak mechanismen zoals mutexen, semaforen of atomaire operaties.

* Gegevensintegriteit: Correctheid garandeert dat de gedeelde gegevens in een consistente en voorspelbare staat blijven, ongeacht de volgorde waarin threads worden uitgevoerd. Zonder een goede oplossing kunnen datastructuren beschadigd raken, wat leidt tot onjuiste resultaten, crashes of beveiligingsproblemen.

2. Veiligheid (impasses, livelocks en hongersnood vermijden):

* Preventie/vermijding van impasse: Deadlock treedt op wanneer twee of meer threads voor onbepaalde tijd worden geblokkeerd, wachtend tot elkaar bronnen vrijgeeft. Een goede oplossing implementeert strategieën om impasses te voorkomen (bijvoorbeeld door het afdwingen van een opdracht tot het verwerven van middelen) of om impasses op te sporen en te herstellen.

* Livelock-preventie: Livelock is een situatie waarin threads herhaaldelijk proberen toegang te krijgen tot een bron, maar voortdurend worden geblokkeerd vanwege acties van andere threads. Ze blijven hun toestand veranderen als reactie op elkaar, zonder vooruitgang te boeken. Oplossingen omvatten vaak het introduceren van willekeurige vertragingen of uitstelmechanismen.

* Voorkomen van hongersnood: Uithongering treedt op wanneer een thread voortdurend de toegang tot een hulpbron wordt ontzegd, ook al is de hulpbron beschikbaar. Een oplossing zorgt voor eerlijkheid en garandeert dat alle threads uiteindelijk de kans krijgen om uit te voeren en toegang te krijgen tot de gedeelde bronnen. Eerlijkheid kan worden bereikt door middel van op prioriteiten gebaseerde planning of algoritmen die voorkomen dat één thread een bron monopoliseert.

3. Efficiëntie (overhead minimaliseren en gelijktijdigheid maximaliseren):

* Controverse minimaliseren: De beste oplossing minimaliseert de hoeveelheid tijd die threads besteden aan het wachten op vergrendelingen of andere synchronisatiemechanismen. Dit omvat het zorgvuldig ontwerpen van de code om de reikwijdte van kritieke secties te beperken en het gebruik van vergrendelingsstrategieën die geschikt zijn voor het conflictniveau.

* Maximalisatie van parallellisme: Het doel is om threads zoveel mogelijk gelijktijdig te laten uitvoeren, waarbij gebruik wordt gemaakt van multi-coreprocessors en gedistribueerde systemen. Een goede oplossing identificeert mogelijkheden voor parallellisatie en vermijdt onnodige synchronisatie die de prestaties kan beperken.

* Contextwisseling verminderen: Regelmatig wisselen van context (wanneer het besturingssysteem tussen threads schakelt) kan duur zijn. De ideale oplossing balanceert gelijktijdigheid met de noodzaak om de overhead van contextwisselingen te minimaliseren. Technieken zoals threadpooling en asynchrone programmering kunnen helpen.

4. Schaalbaarheid (prestaties behouden naarmate het aantal threads/processen toeneemt):

* Schaalbaarheid: Een schaalbare oplossing behoudt acceptabele prestaties naarmate de werklast (aantal threads, hoeveelheid gegevens) toeneemt. Het vermijdt knelpunten die het vermogen van het systeem om een ​​groeiende belasting aan te kunnen beperken, zouden beperken. Schaalbare oplossingen omvatten vaak het partitioneren van gegevens en het distribueren van werk over meerdere threads of processen.

* Vergrendelingsvrije/wachtvrije algoritmen: In sommige gevallen kunnen op vergrendelingen gebaseerde oplossingen een knelpunt worden naarmate het aantal threads toeneemt. Lock-free en wait-free-algoritmen bieden alternatieve benaderingen die de noodzaak van vergrendelingen vermijden, wat mogelijk tot betere schaalbaarheid kan leiden. Deze algoritmen zijn echter vaak complex om correct te implementeren.

5. Betrouwbaarheid (robuustheid en fouttolerantie):

* Foutafhandeling: Een robuuste oplossing verwerkt potentiële fouten die kunnen optreden tijdens gelijktijdige uitvoering, zoals uitzonderingen, uitputting van bronnen of communicatiefouten. Het bevat passende foutafhandelingsmechanismen om te voorkomen dat het hele systeem crasht.

* Fouttolerantie: In gedistribueerde systemen kan een fouttolerante oplossing correct blijven werken, zelfs als sommige componenten uitvallen. Het gaat hierbij om technieken als replicatie, redundantie en gedistribueerde consensusalgoritmen.

Samengevat:

Een "oplossing" voor een probleem met gelijktijdig programmeren is veel meer dan alleen maar het programma laten draaien zonder onmiddellijke crashes. Het gaat om het zorgvuldig ontwerpen en implementeren van de code om ervoor te zorgen dat:

* Correct gedrag onder alle mogelijke uitvoeringsorders van threads.

* Veilige toegang naar gedeelde hulpbronnen, waardoor impasses, livelocks en hongersnood worden voorkomen.

* Efficiënt gebruik van hulpbronnen en maximaal parallellisme.

* Schaalbare prestaties naarmate de werkdruk toeneemt.

* Betrouwbaarheid en fouttolerantie ondanks fouten en mislukkingen.

Het bereiken van een goede oplossing vereist vaak een diepgaand begrip van concurrency-concepten, synchronisatieprimitieven en de onderliggende hardware-architectuur. Het omvat ook zorgvuldig testen en debuggen om potentiële gelijktijdigheidsgerelateerde problemen te identificeren en aan te pakken.