管程：并发编程的万能钥匙

什么是管程

管程是一种解决并发的概念，和信号量是等价的，管程能够去实现信号量，信号量也能实现管程

管程是直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。

Java中的synchronized、wait()、notify()、notifyAll()就是用管程去实现的。

MESA模型

在管程发展史中，一共出现过三种模型：Hasen模型、Hoare模型、MESA模型。现在广泛应用的就是MESA模型，Java管程的实现也是参考的MESA模型。

在并发领域有两个核心问题：

• 互斥：同一时刻只允许一个线程访问共享资源。
• 同步：线程之间如果通信、协作。 

这两个问题管程都是可以解决的。

管程解决互斥问题

管程将共享变量以及对共享变量的操作统一封装起来，对共享变量的操作都提供线程安全的方法。管程的模型和面向对象高度契合，就是利用封装的方法，把一个线程不安全的类封装成线程安全的。

管程解决同步问题 

管程解决同步问题使用了条件变量的概念，每个条件变量都有一个等待队列。

 

图中， 最外层的框就相代表对共享变量的操作的封装。当一个线程想去操作共享变量时，如果有其他的线程正在执行，就必须进入入口等待队列，这个入口的控制就是互斥。对应于现实相当于就医流程中的排队挂号。

当线程进入管程（临界区）后，如果某个条件不满足时，就会进入条件变量的等待队列，然后其他线程时允许进入管程的。比如你去找医生做检查，医生需要你的验血报告，条件不满足，你需要去做验血报告，其他人可以继续去找医生就医。

等条件满足时，会再次进入入口的等待队列。

await()方法就是进入等待队列。

notify()、notifyAll()表示满足条件。

举个例子：实现一个线程安全的队列

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();
    }  
  }
}

wait() 的正确姿势

但是有一点，需要再次提醒，对于 MESA 管程来说，有一个编程范式，就是需要在一个 while 循环里面调用 wait()。这个是 MESA 管程特有的。

while(条件不满足) {
  wait();
}

因为当条件满足时，线程只是重新进入入口队列等待运行，在真正运行到的时候，条件可能又不满足了，所有需要用while循环判断条件是否满足

hasen 是执行完，再去唤醒另外一个线程。能够保证线程的执行。hoare，是中断当前线程，唤醒另外一个线程，执行玩再去唤醒，也能够保证完成。而mesa是进入等待队列，不一定有机会能够执行。

notify() 何时可以使用

还有一个需要注意的地方，就是 notify() 和 notifyAll() 的使用，前面章节，我曾经介绍过，除非经过深思熟虑，否则尽量使用 notifyAll()。那什么时候可以使用 notify() 呢？需要满足以下三个条件：

•  所有等待线程拥有相同的等待条件；
• 所有等待线程被唤醒后，执行相同的操作；
• 只需要唤醒一个线程。