Java monitor機制使用方法解析

monitor概念

管程，監(jiān)視器。在操作系統(tǒng)中，存在著semaphore和mutex，即信號量和互斥量，使用基本的mutex進行開發(fā)時，需要小心的使用mutex的down和up操作，否則容易引發(fā)死鎖問題。為了更好的編寫并發(fā)程序，在mutex和semaphore基礎上，提出了更高層次的同步原語，實際上，monitor屬于編程語言的范疇，C語言不支持monitor，而java支持monitor機制。

一個重要特點是，在同一時間，只有一個線程/進程能進入monitor所定義的臨界區(qū)，這使得monitor能夠?qū)崿F(xiàn)互斥的效果。無法進入monitor的臨界區(qū)的進程/線程，應該被阻塞，并且在適當?shù)臅r候被喚醒。顯然，monitor作為一個同步工具，也應該提供這樣管理線程/進程的機制。

monitor這個機制之所以被稱為：更高級的原語，它不可避免的需要對外屏蔽這些機制，并且在內(nèi)部實現(xiàn)這些機制，使得monitor成為一個簡潔易用的借口。

monitor基本元素

• 臨界區(qū)
• monitor對象和鎖
• 條件變量以及定義在monitor對象上的wait，signal操作

使用monitor主要是為了互斥進入臨界區(qū)，為了能夠阻塞無法進入臨界區(qū)的進程，線程，需要一個monitor object來協(xié)助，這個object內(nèi)部會有相應的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如列表，用來保存被阻塞的線程；同時由于monitor機制本質(zhì)是基于mutex原語的，所以object必須維護一個基于mutex的鎖。

此外，為了在適當?shù)臅r候能夠阻塞和喚醒 進程/線程，還需要引入一個條件變量，這個條件變量用來決定什么時候是“適當?shù)臅r候”，這個條件可以來自程序代碼的邏輯，也可以是在 monitor object 的內(nèi)部，總而言之，程序員對條件變量的定義有很大的自主性。不過，由于 monitor object 內(nèi)部采用了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來保存被阻塞的隊列，因此它也必須對外提供兩個 API 來讓線程進入阻塞狀態(tài)以及之后被喚醒，分別是 wait 和 notify。

monitor在java中的實現(xiàn)

臨界區(qū)的圈定

被synchronized關鍵字修飾的方法，代碼塊，就是monitor機制的臨界區(qū)

monitor object

在上述synchronized關鍵字被使用時，往往需要指定一個對象與之關聯(lián)，例如synchronized（this）,總之，synchronized需要管理一個對象，這個對象就是monitor object。

monitor機制中，monitor 我不檢測題充當著維護mutex和wait, signalAPI來管理線程的阻塞和喚醒。

Java 對象存儲在內(nèi)存中，分別分為三個部分，即對象頭、實例數(shù)據(jù)和對齊填充，而在其對象頭中，保存了鎖標識；同時，java.lang.Object 類定義了 wait()，notify()，notifyAll() 方法，這些方法的具體實現(xiàn)，依賴于一個叫 ObjectMonitor 模式的實現(xiàn)，這是 JVM 內(nèi)部基于 C++ 實現(xiàn)的一套機制，基本原理如下所示：

當一個線程需要獲取 Object 的鎖時，會被放入 EntrySet 中進行等待，如果該線程獲取到了鎖，成為當前鎖的 owner。如果根據(jù)程序邏輯，一個已經(jīng)獲得了鎖的線程缺少某些外部條件，而無法繼續(xù)進行下去（例如生產(chǎn)者發(fā)現(xiàn)隊列已滿或者消費者發(fā)現(xiàn)隊列為空），那么該線程可以通過調(diào)用 wait 方法將鎖釋放，進入 wait set 中阻塞進行等待，其它線程在這個時候有機會獲得鎖，去干其它的事情，從而使得之前不成立的外部條件成立，這樣先前被阻塞的線程就可以重新進入 EntrySet 去競爭鎖。這個外部條件在 monitor 機制中稱為條件變量。

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