詳談鎖和監(jiān)視器之間的區(qū)別_Java并發(fā)

在面試中你可能遇到過這樣的問題：鎖（lock）和監(jiān)視器（monitor）有什么區(qū)別？

嗯，要回答這個(gè)問題，你必須深入理解Java的多線程底層是如何工作的。

簡(jiǎn)短的答案是，鎖為實(shí)現(xiàn)監(jiān)視器提供必要的支持。詳細(xì)答案如下。

鎖（lock）

邏輯上鎖是對(duì)象內(nèi)存堆中頭部的一部分?jǐn)?shù)據(jù)。JVM中的每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)鎖（或互斥鎖），任何程序都可以使用它來協(xié)調(diào)對(duì)對(duì)象的多線程訪問。如果任何線程想要訪問該對(duì)象的實(shí)例變量，那么線程必須擁有該對(duì)象的鎖（在鎖內(nèi)存區(qū)域設(shè)置一些標(biāo)志）。所有其他的線程試圖訪問該對(duì)象的變量必須等到擁有該對(duì)象的鎖有的線程釋放鎖（改變標(biāo)記）。

一旦線程擁有一個(gè)鎖，它可以多次請(qǐng)求相同的鎖，但是在其他線程能夠使用這個(gè)對(duì)象之前必須釋放相同數(shù)量的鎖。如果一個(gè)線程請(qǐng)求一個(gè)對(duì)象的鎖三次，如果別的線程想擁有該對(duì)象的鎖，那么之前線程需要 “釋放”三次鎖。

Java中顯示鎖的使用語法如下：

…
private Lock bankLock = new ReentrantLock();
…
 public double getTotalBalance()
  {
   bankLock.lock();
   try
   {
     double sum = 0;

     for (double a : accounts)
      sum += a;

     return sum;
   }
   finally
   {
     bankLock.unlock();
   }
  }

1） 鎖用來保護(hù)代碼片段，任何時(shí)刻只能有一個(gè)線程執(zhí)行被保護(hù)的代碼。

2） 鎖可以管理試圖進(jìn)入被保護(hù)代碼的線程

3） 鎖可以擁有一個(gè)或者多個(gè)相關(guān)的條件對(duì)象

4） 每個(gè)條件對(duì)象管理那些已經(jīng)進(jìn)入被保護(hù)的代碼段，但還不能運(yùn)行的線程

Lock和Condition接口為程序設(shè)計(jì)人員提供了高度的鎖定控制。然后大多數(shù)情況下，并不需要這樣的控制，并且可以使用一種嵌入Java語言的內(nèi)部機(jī)制。從1.0版本開始，Java中的每一個(gè)對(duì)象都有一個(gè)內(nèi)部鎖。如果一個(gè)方法用synchronized關(guān)鍵字聲明，那么對(duì)象的鎖將保護(hù)整個(gè)方法。也就說，要調(diào)用該方法，線程必須獲得內(nèi)部的對(duì)象鎖。

內(nèi)部鎖的一般用法如下：

public synchronized void transfer(int from, int to, double amount) throws InterruptedException
  {
   while (accounts[from] < amount)
     wait();
   System.out.print(Thread.currentThread());
   accounts[from] -= amount;
   System.out.printf(" %10.2f from %d to %d", amount, from, to);
   accounts[to] += amount;
   System.out.printf(" Total Balance: %10.2f%n", getTotalBalance());
   notifyAll();
  }

可以看到，用synchronized關(guān)鍵字來編寫代碼簡(jiǎn)潔得多。當(dāng)然要理解這一代碼，你必須了解每一個(gè)對(duì)象有一個(gè)內(nèi)部鎖，并且該鎖有一個(gè)內(nèi)部條件。由鎖來管理那些試圖進(jìn)入synchronized方法的線程，由條件來管理那些調(diào)用wait的線程

然而，講了這么多，實(shí)際上推薦最好優(yōu)先使用BlockQueue，Excutor，同步集合等，然后再是synchronized關(guān)鍵字，最才是Lock/Condition

監(jiān)視器（Monitor）

監(jiān)視器是一中同步結(jié)構(gòu)，它允許線程同時(shí)互斥（使用鎖）和協(xié)作，即使用等待集（wait-set）使線程等待某些條件為真的能力。

互斥

使用比較形象的說明，監(jiān)視器就像一個(gè)包含一個(gè)特殊房間（對(duì)象實(shí)例）的建筑物，每次只能占用一個(gè)線程。這個(gè)房間通常包含一些需要防止并發(fā)訪問的數(shù)據(jù)。從一個(gè)線程進(jìn)入這個(gè)房間到它離開的時(shí)間，它可以獨(dú)占訪問房間中的任何數(shù)據(jù)。進(jìn)入監(jiān)控的建筑被稱為“進(jìn)入監(jiān)控監(jiān)視器。”進(jìn)入建筑內(nèi)部特殊的房間叫做“獲取監(jiān)視器”。房間占領(lǐng)被稱為“擁有監(jiān)視器”，離開房間被稱為“釋放監(jiān)視器?！弊屨麄€(gè)建筑被稱為“退出監(jiān)視器?！?/p>

當(dāng)一個(gè)線程訪問受保護(hù)的數(shù)據(jù)（進(jìn)入特殊的房間）時(shí)，它首先在建筑物接收（entry-set）中排隊(duì)。如果沒有其他線程在等待（擁有監(jiān)視器），線程獲取鎖并繼續(xù)執(zhí)行受保護(hù)的代碼。當(dāng)線程完成執(zhí)行時(shí)，它釋放鎖并退出大樓（退出監(jiān)視器）。

如果當(dāng)一個(gè)線程到達(dá)并且另一個(gè)線程已經(jīng)擁有監(jiān)視器時(shí)，它必須在接收隊(duì)列中等待（entry-set）。當(dāng)當(dāng)前所有者退出監(jiān)視器時(shí)，新到達(dá)的線程必須與在入口集中等待的其他線程競(jìng)爭(zhēng)。只有一個(gè)線程能贏得競(jìng)爭(zhēng)并擁有鎖。

這里沒有wait-set的事。

合作

一般來說，只有當(dāng)多個(gè)線程共享數(shù)據(jù)或其他資源時(shí)，互斥才是重要的。如果兩個(gè)線程不處理任何公共數(shù)據(jù)或資源，它們通常不能互相干擾，也不需要以互斥的方式執(zhí)行。盡管互斥有助于防止線程在共享數(shù)據(jù)時(shí)互相干擾，但合作有助于線程共同努力實(shí)現(xiàn)一些共同目標(biāo)。

合作在當(dāng)一個(gè)線程需要的數(shù)據(jù)改變?yōu)樵谝粋€(gè)特定的狀態(tài)時(shí)很重要，另一個(gè)線程負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)該入狀態(tài)，如生產(chǎn)者/消費(fèi)者的問題，讀線程需要緩沖去在一個(gè)“不空”的狀態(tài)才可以從緩沖區(qū)中讀取任何數(shù)據(jù)。如果讀線程發(fā)現(xiàn)緩沖區(qū)為空，則必須等待。寫線程負(fù)責(zé)用數(shù)據(jù)填充緩沖區(qū)。一旦寫入線程完成了更多的寫入操作，讀線程可以進(jìn)行更多的讀取。它有時(shí)也稱為“Wait and Notify”或“Signal and Continue”監(jiān)視器，因?yàn)樗Ａ魧?duì)監(jiān)視器的所有權(quán)，并繼續(xù)執(zhí)行監(jiān)視區(qū)域（如果需要的話繼續(xù)）。在稍后的時(shí)間內(nèi)，通知線程釋放監(jiān)視器，等待線程重新恢復(fù)擁有鎖。

這種合作需要entry-set和wait-set.。下面的圖表將有助于您理解這種合作。

上圖顯示監(jiān)視器為三個(gè)矩形。在該中心，一個(gè)大矩形包含一個(gè)線程，即監(jiān)視器的所有者。在左邊，一個(gè)小矩形包含entry set。在右邊，另一個(gè)小矩形包含wait set。

監(jiān)視器是由Per Brich Hansen和Tony Hoare提出的概念，Java以不精確的方式采用了它，也就是Java中的每個(gè)對(duì)象有一個(gè)內(nèi)部的鎖和內(nèi)部條件。如果一個(gè)方法用synchronized關(guān)鍵字聲明，那么，它表現(xiàn)的就像一個(gè)監(jiān)視器方法。通過wait/notifyAll/nofify來訪問條件變量

我希望上面內(nèi)容將有助于你更深入地了解Java多線程，歡迎提出任何問題。

以上這篇詳談鎖和監(jiān)視器之間的區(qū)別_Java并發(fā)就是小編分享給大家的全部?jī)?nèi)容了，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持億速云。