管程

管程是什么

管程(Monitor),指的是管理共享变量以及对共享变量的操作过程，让他们支持并发.

MESA模型

管程模型有 Hasen 模型、Hoare 模型和 MESA 模型。其中，现在广泛应用的是 MESA 模型，并且 Java 管程的实现参考的也是 MESA 模型。

并发需要解决两个核心：互斥、同步

解决互斥问题

管程的解决思路挺简单的：将共享变量和共享变量的操作统一封装起来。

管程 X 将共享变量 queue 这个队列和相关的操作入队 enq()、出队 deq() 都封装起来了；线程 A 和线程 B 如果想访问共享变量 queue，只能通过调用管程提供的 enq()、deq() 方法来实现；enq()、deq() 保证互斥性，只允许一个线程进入管程。

解决同步问题

下图中，框起来说明是封装，只有一个入口。

入口外有一个入口等待队列，当多个线程同时试图进入管程内部时，只允许一个线程进入，其他线程则在入口等待队列中等待。

管程里还引入了条件变量的概念，而且每个条件变量都对应有一个等待队列，条件变量 A 和条件变量 B 分别都有自己的等待队列。

例子

网上找的例子：（看不懂不要紧，看后来的理解）

假设有个线程 T1 执行出队操作，就是队列不能是空的，而队列不空这个前提条件就是管程里的条件变量。

如果线程 T1 进入管程后恰好发现队列是空的，就去条件变量对应的等待队列里面等。

线程 T1 进入条件变量的等待队列后，是允许其他线程进入管程的

之后另外一个线程 T2 执行入队操作，入队操作执行成功之后，“队列不空”这个条件对于线程 T1 来说已经满足了，此时线程 T2 要通知 T1，告诉它需要的条件已经满足了。当线程 T1 得到通知后，会从等待队列里面出来，但是出来之后不是马上执行，而是重新进入到入口等待队列里面。

然后完全没看懂这个例子在说啥

后来理解大概意思：

• T1所谓的执行出队操作，应该理解成比如T1要拿锁，但是锁拿不到。于是进入“可以拿锁”条件变量对应的等待队列中。
• 这时候可以有T3进来看看能不能拿锁。
• T2所谓的入队操作，应该理解成T2释放了锁，将“可以拿锁”这个变量变成true。这时候T1满足条件了不是立刻拿到锁，而是回到最初的大队列中和其它线程抢权限
• 因为上一条，T1可能还是会拿不到锁，所以需要使用while实现
• 其实就是和使用synchronized实现等待 - 通知机制的道理一样

关于wait()、notify()、notifyAll() 这三个操作。前面提到线程 T1 发现“队列不空”这个条件不满足，需要进到对应的等待队列里等待。这个过程就是通过调用 wait() 来实现的。如果我们用对象 A 代表“队列不空”这个条件，那么线程 T1 需要调用 A.wait()。同理当“队列不空”这个条件满足时，线程 T2 需要调用 A.notify() 来通知 A 等待队列中的一个线程，此时这个队列里面只有线程 T1。至于 notifyAll() 这个方法，它可以通知等待队列中的所有线程。

public class BlockedQueue<T>{
  final Lock lock =
    new ReentrantLock();
  // 条件变量：队列不满  
  final Condition notFull =
    lock.newCondition();
  // 条件变量：队列不空  
  final Condition notEmpty =
    lock.newCondition();
 
  // 入队
  void enq(T x) {
    lock.lock();
    try {
      while (队列已满){
        // 等待队列不满 
        notFull.await();
      }  
      // 省略入队操作...
      // 入队后, 通知可出队
      notEmpty.signal();
    }finally {
      lock.unlock();
    }
  }
  // 出队
  void deq(){
    lock.lock();
    try {
      while (队列已空){
        // 等待队列不空
        notEmpty.await();
      }
      // 省略出队操作...
      // 出队后，通知可入队
      notFull.signal();
    }finally {
      lock.unlock();
    }  
  }
}

使用wait()的正确方法

while(条件不满足) {
  wait();
}

Hasen 模型、Hoare 模型和 MESA 模型 的区别

• Hasen 模型里面，要求 notify() 放在代码的最后，这样 T2 通知完 T1 后，T2 就结束了，然后 T1 再执行，这样就能保证同一时刻只有一个线程执行。
• Hoare 模型里面，T2 通知完 T1 后，T2 阻塞，T1 马上执行；等 T1 执行完，再唤醒 T2，也能保证同一时刻只有一个线程执行。但是相比 Hasen 模型，T2 多了一次阻塞唤醒操作。
• MESA 管程里面，T2 通知完 T1 后，T2 还是会接着执行，T1 并不立即执行，仅仅是从条件变量的等待队列进到入口等待队列里面。这样做的好处是 notify() 不用放到代码的最后，T2 也没有多余的阻塞唤醒操作。但是也有个副作用，就是当 T1 再次执行的时候，可能曾经满足的条件，现在已经不满足了，所以需要以循环方式检验条件变量。

什么时候用notify()

满足下面条件才用notify()

• 所有等待线程拥有相同的等待条件；即while的条件
• 所有等待线程被唤醒后，执行相同的操作；即while里的操作
• 只需要唤醒一个线程。

github: https://github.com/Hikiy
作者：Hiki
创建日期：2019.07.11
更新日期：2019.07.11