深入理解监控器信号纪律与实现

背景简介

监控器是计算机科学中的一个重要概念，它允许线程同步和互斥访问共享资源。在多线程编程中，正确地管理线程间的通信和协调至关重要，而监控器正是用来实现这一目标的机制。本文将深入探讨监控器中的信号纪律和实现方式，以及如何在Java中应用这些技术。

信号纪律的类型与行为

信号与继续（SC）

SC信号纪律下，当线程执行signal操作后，它继续执行，而被信号唤醒的线程将加入到监视器的入口队列中等待。这种方式可能会引起“插队”现象，即其他线程可能会在被唤醒的线程重新进入之前进入监视器，导致条件变化。

信号与紧急等待（SU）

SU信号纪律确保当线程被唤醒后，它将获得优先权并立即重新进入监视器。这种策略避免了SC中的插队问题，并简化了条件变量的使用，可以在某些情况下使用if语句替换while循环。

信号与退出（SE）

在SE信号纪律中，执行signal操作的线程会立即退出监视器，而被唤醒的线程将成为下一个进入监视器的线程。SE纪律特别适用于监控器方法的末尾，避免了线程退出和重新进入监视器的额外开销。

紧急信号与继续（USC）

USC信号纪律下，被唤醒的线程在入口队列中的线程之前具有优先权。这种方式允许在特定情况下使用SC信号，但在一般情况下，它与SE信号纪律相同。

监控器的Java实现

在Java中，可以使用信号量实现监控器。通过自定义的conditionVariable类和monitorSC、monitorSU类，可以在Java中模拟SC和SU信号纪律。这些类提供了基本的监控器操作，如enterMonitor()、exitMonitor()以及条件变量的操作waitC()、signalC()等。

使用monitor toolbox

为了将普通的Java类转换为监控类，可以使用monitor toolbox。通过扩展monitorSC或monitorSU类，并在公共方法的开始和结束调用enterMonitor()与exitMonitor()，可以实现线程间的同步。

总结与启发

监控器的信号纪律对多线程编程至关重要。正确理解并应用SC、SU、SE和USC信号纪律，可以有效地控制线程的行为，提高程序的并发性能。在Java中，虽然有内置的监视器支持，但通过自定义类实现监控器可以提供更多的灵活性和控制。这不仅有助于理解和调试多线程程序，也为我们提供了编程时的更多选择。

通过本文的学习，我们能够更好地掌握监控器的设计理念，并在实际编程中灵活应用这些知识，以编写出更加高效和安全的多线程程序。