Какие механизмы синхронизации существуют для решения проблем многопоточности

Что проверяют

Владеете ли вы стандартной библиотекой C++ и понимаете ли, что защищать надо инвариант целиком, а не отдельную переменную. Следом идут два вопроса: как избежать взаимной блокировки и чем std::atomic отличается от мьютекса.

Как отвечать

Перечисляйте примитивы вместе с условиями применения:

• std::mutex: базовый замок, захватывать только через RAII: std::lock_guard, std::unique_lock, если нужно отпустить раньше, std::scoped_lock из C++17, который берёт несколько мьютексов сразу и сам разруливает порядок;
• std::recursive_mutex: повторный захват тем же потоком. Обычно это симптом того, что публичный метод зовёт другой публичный, а не отдельную приватную реализацию;
• std::shared_mutex (C++17): много читателей или один писатель, выигрывает при редкой записи; чтение через std::shared_lock;
• std::condition_variable: ожидание условия без активного опроса. wait вызывать только с предикатом из-за ложных пробуждений, менять условие под захваченным мьютексом;
• std::atomic: счётчики и флаги без блокировок, по умолчанию memory_order_seq_cst, ослаблять порядок только с обоснованием; в C++20 добавились wait и notify_one;
• примитивы C++20: std::counting_semaphore и binary_semaphore для квот и сигналов, std::latch как одноразовая точка сбора, std::barrier как циклическая, std::jthread со stop_token для остановки;
• std::call_once с once_flag для однократной инициализации, хотя локальный статик потокобезопасен начиная с C++11.

Хорошо закончить принципом: самый быстрый мьютекс тот, которого нет. Очередь сообщений, потоко-локальные копии и неизменяемые данные снимают проблему целиком, а блокировку держите короткой и не зовите под ней чужой код.

Где спотыкаются

Показывают ручные lock() и unlock(). Первое же исключение между ними оставляет мьютекс захваченным навсегда.

Берут два мьютекса в разном порядке в разных функциях. Классическая взаимная блокировка, лечится единым порядком захвата или std::scoped_lock.

Зовут cv.wait без предиката и удивляются ложным пробуждениям, либо меняют флаг без мьютекса и теряют уведомление, отправленное между проверкой и засыпанием.