19、并发编程中的监视器与阻塞同步

并发编程中的监视器与阻塞同步

在并发编程的世界里，同步和数据的管理是至关重要的。本文将深入探讨监视器、锁、条件对象以及读写锁等关键概念，帮助你更好地理解和运用这些技术来实现高效、安全的并发程序。

1. 监视器简介

监视器是一种将同步和数据结合起来的结构化方式。它类似于类，类将数据和方法封装在一起，而监视器则将数据、方法和同步机制整合在一个模块化的包中。

为了说明模块化同步的重要性，我们以一个生产者 - 消费者模型为例。假设应用程序中有两个线程，一个生产者和一个消费者，它们通过一个共享的 FIFO 队列进行通信。一种简单的做法是让线程共享两个对象：一个未同步的队列和一个用于保护队列的锁。生产者代码可能如下：

mutex.lock();
try {
    queue.enq(x)
} finally {
    mutex.unlock();
}

这种方法存在问题。如果队列是有界的，当队列已满时，添加元素的操作必须等待队列有空间才能继续。此时，是否阻塞调用取决于队列的内部状态，而调用者通常无法访问该状态。更糟糕的是，如果应用程序中有多个生产者和消费者，每个线程都需要同时管理锁和队列对象，并且只有当每个线程遵循相同的锁定约定时，应用程序才能正常工作。

更合理的方法是让每个队列自行管理同步。队列本身有一个内部锁，每个方法在调用时获取该锁，并在返回时释放。如果一个线程试图将一个元素加入到已满的队列中， enq() 方法可以检测到问题，暂停调用者，并在队列有空间时恢复调用者。

2. 监视器锁和条件