19、并发编程中的监视器与阻塞同步技术解析

并发编程中的监视器与阻塞同步技术解析

1. 监视器与模块化同步

在并发编程里，监视器是一种将同步和数据相结合的结构化方式。它就像一个类封装数据和方法那样，把数据、方法以及同步机制整合在一个模块化的包中。模块化同步十分重要，我们可以通过一个生产者 - 消费者模型来理解。假设应用中有两个线程，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。若让这两个线程共享一个未同步的队列和一个用于保护队列的锁，生产者的代码可能如下：

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

但这种方式存在问题。若队列是有界的，往已满的队列添加元素时，必须等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，而这对调用者来说是不可访问的。更糟糕的是，当应用中有多个生产者、消费者或两者都有时，每个线程都要同时管理锁和队列对象，并且只有每个线程遵循相同的锁定约定，应用才能正常运行。

更合理的做法是让每个队列自行管理同步。队列自身有内部锁，每个方法在调用时获取锁，返回时释放锁。这样就无需确保使用队列的每个线程都遵循繁琐的同步协议。若线程尝试往已满的队列添加元素， enq() 方法能检测到问题，暂停调用者，等队列有空间时再恢复调用者。

2. 监视器锁与条件

2.1 锁的基本概念

锁是确保互斥的基本机制，同一时间只有一个线程能持有锁。线程开始持有锁时获取锁，停止持有锁时释放锁。监视器导出一组方法，每个方法在调