管程概念

定义：管程又称为监视器,它是描述并实现对共享变量的管理与操作，使其在多线程下能正确执行的一个管理策略。可以理解成临界区资源的管理策略。

注：Java采用的是管程技术，synchronized关键字及wait()、notify()、notifyAll()这三个方法都是管程的组成部分

Java采用的管程模型

管程模型有三种，Hasen模型、Hoare模型和MESA模型。

并发编程最重要解决方案就是管程,管程并不是一种实际的方案,而是一种方法论。管程实际上就是指的是管理共享变量以及对共享变量的操作过程,让他们支持并发; Java采用的是MESA模型。

管程执行过程

enterQueue：管程的入口队列，当线程在申请进入管程中发现管程已被占用，那么就会进入该队列并阻塞。
varQueue：条件变量等待队列，在线程执行过程中(已进入管程)，条件变量不符合要求，线程被阻塞时会进入该队列。
condition variables：条件变量，存在于管程中，一般由程序赋予意义，程序通过判断条件变量执行阻塞或唤醒操作。
阻塞和唤醒：wait()和await()就是阻塞操作。notify()和notifyAll()就是唤醒操作。

备注：Java 内置的管程方案（synchronized）使用简单，synchronized 关键字修饰的代码块，在编译期会自动生成相关加锁和解锁的代码，但是仅支持一个条件变量；而 Java SDK 并发包实现的管程支持多个条件变量，不过并发包里的锁，需要开发人员自己进行加锁和解锁操作。

执行过程如下：

多个线程进入入口等待队列enterQueue，JVM会保证只有一个线程能进入管程内部，Synchronized中进入管程的线程随机。
进入管程后通过条件变量判断当前线程是否能执行操作，如果不能跳到step3，否则跳到step4。
条件变量调用阻塞方法，将当前线程放入varQueue，等待其他线程唤醒，跳回step1。
执行相应操作，执行完毕后调用notify/notifyAll等唤醒操作，唤醒对应varQueue中的一个或多个等待线程。
被唤醒的线程会从varQueue放入enterQueue中，再次执行step1。
被唤醒的线程不会立即执行，会被放入enterQueue，等待JVM下一次选择运行，而正在运行的线程会继续执行，直到程序执行完毕。

实际例子

下面的代码实现的是一个阻塞队列，阻塞队列有两个操作分别是入队和出队，这两个方法都是先获取互斥锁，类比管程模型中的入口。

对于阻塞队列的入队操作，如果阻塞队列已满，就需要等待直到阻塞队列不满，所以这里用了notFull.await();。
对于阻塞出队操作，如果阻塞队列为空，就需要等待直到阻塞队列不空，所以就用了notEmpty.await();。
如果入队成功，那么阻塞队列就不空了，就需要通知条件变量：阻塞队列不空notEmpty对应的等待队列。
如果出队成功，那就阻塞队列就不满了，就需要通知条件变量：阻塞队列不满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();
    }  
  }
}

备注：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。

Hasen 模型和Hoare 模型

Hasen 模型、Hoare 模型和 MESA 模型的一个核心区别就是当条件满足后，如何通知相关线程。

Hasen 模型里面，要求 notify() 放在代码的最后，这样 T2 通知完 T1 后，T2 就结束了，然后 T1 再执行，这样就能保证同一时刻只有一个线程执行。
Hoare 模型里面，T2 通知完 T1 后，T2 阻塞，T1 马上执行；等 T1 执行完，再唤醒 T2，也能保证同一时刻只有一个线程执行。但是相比 Hasen 模型，T2 多了一次阻塞唤醒操作。
MESA 管程里面，T2 通知完 T1 后，T2 还是会接着执行，T1 并不立即执行，仅仅是从条件变量的等待队列进到入口等待队列里面。这样做的好处是 notify() 不用放到代码的最后，T2 也没有多余的阻塞唤醒操作。但是也有个副作用，就是当 T1 再次执行的时候，可能曾经满足的条件，现在已经不满足了，所以需要以循环方式检验条件变量。

02Java管程MESA模型详解

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Hasen 模型和Hoare 模型

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