管程(Moniter): 并发编程的基本心法

简介: 在吃透 Syncchronized 原理 中介绍了关于 Synchronize的实现原理,无论是同步方法还是同步代码块,无论是ACC_SYNCHRONIZED还是monitorenter、monitorexit都是基于Monitor实现的,那么这篇来介绍下什么是Monitor。

所谓管程:指的是管理共享变量以及对共享变量的操作过程,让它们支持并发。


翻译为 Java 就是管理类的成员变量和成员方法,让这个类是线程安全的。


是一种程序结构,结构内的多个子程序(对象或模块)形成的多个工作线程互斥访问共享资源。这些共享资源一般是硬件设备或一群变量。管程实现了在一个时间点,最多只有一个线程在执行管程的某个子程序。与那些通过修改数据结构实现互斥访问的并发程序设计相比,管程实现很大程度上简化了程序设计。 管程提供了一种机制,线程可以临时放弃互斥访问,等待某些条件得到满足后,重新获得执行权恢复它的互斥访问。


MESA 模型


在管程的发展史上,先后出现过三种不同的管程模型,分别是: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。所以今天我们重点介绍一下 MESA 模型。


在并发领域,有两个核心问题:一个是互斥,一个是同步。管程就是来解决这两个问题的。


  • 互斥:同一时刻只允许一个线程访问共享资源。


  • 同步:线程之间如何通信、协作。


管程互斥与同步实现


它的思路很简单,将共享变量以及对共享变量的操作统一封装起来。如下图所示,管程 A 将共享变量 data 和相关的操作入队enq()、出队deq() 封装起来。线程 A 和线程 B想访问共享变量 data ,只能通过调用管程提供的 enq()deq() 。当然前提是 enq()deq() 保证互斥性,只允许一个线程进入管程。是不是很有面向对象的感觉。


在管程模型里,共享变量和对共享变量的操作是被封装起来的,图中最外层的框就代表封装的意思。框的上面只有一个入口,并且在入口旁边还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。这个过程类似就医流程的分诊,只允许一个患者就诊,其他患者都在门口等待。


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,如下图,条件变量 A 和条件变量 B 分别都有自己的等待队列。


通过条件通知去唤醒等待队列的线程竞争 锁资源。


我们通过一段代码说明,实现一个阻塞队列,队列分别有出队与入队,都是要先获取互斥锁,就像管程中的入口。


  1. 对于入队操作,如果队列已满,就需要等待直到队列不满,所以这里用了notFull.await();


  1. 对于出队操作,如果队列为空,就需要等待直到队列不空,所以就用了notEmpty.await();


  1. 如果入队成功,那么队列就不空了,就需要通知条件变量:队列不空notEmpty对应的等待队列。


  1. 如果出队成功,那就队列就不满了,就需要通知条件变量:队列不满notFull对应的等待队列。


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();
    }  
  }
}


在这段示例代码中,我们用了 Java 并发包里面的 Lock 和 Condition,如果你看着吃力,也没关系,后面我们还会详细介绍,这个例子只是先让你明白条件变量及其等待队列是怎么回事。需要注意的是:await() 和前面我们提到的 wait() 语义是一样的;signal() 和前面我们提到的 notify() 语义是一样的。管程通过条件队列通信实现了同步,为我们 Java中的并发编程提供了基本支持。

相关文章
|
监控 关系型数据库 数据库
rds的安全性
rds的安全性
471 7
|
存储 SQL 关系型数据库
MySQL请求使用union查询结果为空
MySQL请求使用union查询结果为空
|
6月前
|
消息中间件 人工智能 数据可视化
文生图架构设计原来如此简单之用户界面架构
节点式界面是文生图工具中一种强大而灵活的设计范式,以 ComfyUI 为代表。这种设计将复杂的图像生成过程分解为可视化的模块化组件,使用户能够精确控制生成流程的每个环节。
203 2
|
Java 持续交付 数据库
避免服务分层污水池反模式
【6月更文挑战第30天】本文介绍污水池反模式,分层架构在敏捷性、部署性和性能方面得分较低,但具有高测试性和易开发性。关键在于合理分层以降低耦合和提高解耦效果。
494 1
避免服务分层污水池反模式
|
存储 API 图形学
Unity精华☀️二、到底是什么原因导致“万向锁”?旋转翻车的终极解析!
Unity精华☀️二、到底是什么原因导致“万向锁”?旋转翻车的终极解析!
|
关系型数据库 MySQL 索引
mysql8.0中fulltext不能查询到中文的解决方法
确保MySQL服务器字符集为`utf8mb4`,并设置`ngram_token_size=1`以支持单字搜索。如已更改此参数且存在全文索引,需删除原有索引并重建,使用`WITH PARSER ngram`指定解析器。例如: ``` ALTER TABLE your_table DROP INDEX idx_fulltext, ADD FULLTEXT INDEX idx_fulltext (your_column) WITH PARSER ngram; ```
Flowable流程的挂起与激活详解
Flowable流程的挂起与激活详解
707 1
|
设计模式 并行计算 安全
并发编程中常见的设计模式
本文介绍了11种并发编程设计模式,包括生产者-消费者、管程、Future、读写锁、双检锁、不可变对象、信号量、工作窃取者、活性与安全性条件、线程池和事件驱动架构。这些模式旨在解决资源共享、同步、线程安全和效率等问题,如Java中的 BlockingQueue、synchronized、Future接口和ReentrantLock等工具。了解和应用这些模式能有效提升并发编程的能力。
286 1
|
人工智能 前端开发 Java
一名全栈工程师的技术实践之路
本文比较系统的介绍了什么是全栈以及全栈开发的具体步骤和实践,最后分享了作者做全栈的心得体会。
45708 45

热门文章

最新文章