использование DLL от внешнего поставщика, которая не является поточно-ориентированной

Я рекомендую кодировать класс-оболочку для вашей dll.

Если вы используете.net 4+, вы можете просмотреть специализированные планировщики задач. Специально это: http://blogs.msdn.com/b/pfxteam/archive/2010/04/07/9990421.aspx

Если вы этого не сделаете, вы можете применить тот же принцип без TPL. Это будет немного больше работы.

Вызовите каждое выделение из этой DLL через задачи, запланированные на StaTaskScheduler.

Ваши вызовы dll должны быть прекрасными;)

Редактировать:

Я думаю, что код должен выглядеть так:

public class NotThreadSafeClass
{
    public int SomeMethod(string x, int y)
    {
        return 3;
    }
}

public class ThreadSafeWrapper
{
    private TaskScheduler sta = new StaTaskScheduler(numberOfThreads: 1);
    private NotThreadSafeClass old = new NotThreadSafeClass();
    public Task<int> SomeMethod(string x, int y)
    {
        return Task<int>.Factory.StartNew(() => old.SomeMethod(x,y),
             CancellationToken.None, TaskCreationOptions.None, sta);
    }
}

Я бы продолжал ждать снаружи обертки, если вы в 4+. Кроме того, класс должен быть одноэлементным, чтобы предотвратить множественное создание, которое в конечном итоге приведет к доступу к нему нескольких потоков.