管程 — Java同步的基本思想

我就是我 2022-05-24 00:47 175阅读 0赞

译自：[programcreek][]

如果你在大学里学习过操作系统课程，你可能会记得，管程(monitor)是操作系统中的一个重要概念。它也可用于Java同步中。这篇文章使用了一个比喻来解释“管程”的基本思想。

### 1.什么是管程 ###

管程可以被认为是一个建筑物，其中包含一个特殊的房间(下图的special room)。该特殊的房间在同一时间只能由一个客户（线程）占用，通常包含一些数据和代码。

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如果一个客户想要占据这个特殊房间，他必须先进入走廊（在上图是Hallway，在java中是Entry Set）等待。调度器将根据某些标准（例如FIFO先进先出）来选择一个客户。如果他出于某种原因中止，那么他将被送到等待室(上图wait room)，并且在一段时间之后被安排重新进入特殊房间。正如上图所示，这座大楼里包含3间房间。

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简单来说，管程是用来监视线程对这个特殊房间的访问。它确保只有一个线程能够访问受保护的数据或代码。

### 2.在JAVA中是如何实现管程？ ###

在Java虚拟机中，每个对象和类在逻辑上与管程相关联。为了实现管程的互斥能力，一个锁(有时也称为一个互斥锁)关联每个对象和类。这就是所谓操作系统书籍上的信号量(semaphore)，互斥锁是一个二进制信号量。

如果一个线程拥有一些数据的锁，那么没有其他线程可以获取这个锁，直到拥有锁的线程释放它。当我们做多线程编程时，如果任何时候都需要编写一个信号量，这将是不方便。幸运的是，我们并不需要，因为JVM自动为我们实现了。

声明一个管程区域，这意味着数据不能被超过一个线程访问，java提供同步代码块和同步方法。一旦代码被嵌入synchronized关键字，它就是一个管程区域。该锁在后台通过JVM自动实现。

### 3.在JAVA的同步代码中，哪一部分是管程？ ###

我们知道每个对象/类都关联一个管程。我认为更好的说法应该是每个对象都有一个管程，因为每个对象可以有它自己的临界区，并能够监控线程顺序。

为了使不同的线程协作，JAVA为提供了wait()和notify()来挂起线程和唤醒另外一个等待的线程。此外，还有其他3个方法：

wait(long timeout, int nanos)  
wait(long timeout) notified by other threads or notified by timeout.  
notify(all)

这些方法只能在同步代码块或同步方法中调用。因为所有的这些方法都需要线程持有对象的锁，所以只能通过同步来实现。

参考：

1.  [Java Doc for Object][]
2.  [Thread synchronization][]
3.  [Locks and Synchronization][]
4.  [notify() vs notifyAll()][notify_ vs notifyAll]

[programcreek]: http://www.programcreek.com/2011/12/monitors-java-synchronization-mechanism/
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[Java Doc for Object]: http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/lang/Object.html
[Thread synchronization]: http://www.artima.com/insidejvm/ed2/threadsynch.html
[Locks and Synchronization]: http://docs.oracle.com/javase/tutorial/essential/concurrency/locksync.html
[notify_ vs notifyAll]: http://stackoverflow.com/questions/3807715/java-notify-vs-notifyall-possible-deadlock