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管程：并发编程的万能钥匙
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##### 前言
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管程，对应的英文是 Monitor，也称监视器。
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所谓管程，指的是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。翻译为 Java 领域的语言，就是管理类的成员变量和成员方法，让这个类是线程安全的。那么管程是如何管的呢？
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##### MESA 模型
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在管程的发展史上，先后出现过三种不同的管程模型，分别是：Hasen 模型、Hoare 模型和 MESA 模型。其中，现在广泛应用的是 MESA 模型，并且 Java 管程的实现参考的也是 MESA 模型。
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在并发编程领域，有两大核心问题：一个是互斥，即同一时刻只允许一个线程访问共享资源；另一个是同步，即线程之间如何通信、协作。这两大问题，管程都是能够解决的。
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管程解决互斥问题的思路很简单，就是将共享变量及其对共享变量的操作统一封装起来。在下图中，管程 X 把对共享变量的操作封装了起来，也就保证了只有一个线程能够进入管程。这也是和 OOP 思想高度契合的。
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那管程是如何解决线程间同步的问题呢？
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下面给出一个管程模型示意图，它详细描述了 MESA 模型主要组成部分。
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在管程模型里，共享变量和对共享变量的操作是被封装起来的，图中最外层的框就代表封装的意思。框的上面只有一个入口，并且在入口旁边还有一个入口等待队列。当多个线程同时试图进入管程内部时，只允许一个线程进入，其他线程则在入口等待队列中等待。
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管程里还引入了条件变量的概念，而且每个条件变量都对应有一个等待队列。
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条件变量和等待队列的作用就是解决线程同步的问题。
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以上面入对出队的例子讲解：
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假设有个线程 T1 执行出队操作，如果当前队列为空，此时线程 T1 就需要在 "队列不空" 这个条件变量的等待队列中等待，即执行 A.wait() 来实现。
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如果又有另外一个线程 T2 执行入队操作，入队操作执行成功之后，"队列不空" 这个条件对于线程 T1 来说就已经满足了，此时线程 T2 要通知 T1，告诉它需要的条件已经满足了，即执行 A.notify() 来通知 A 等待队列中的一个线程。当线程 T1 得到通知后，会从等待队列里面出来，但是出来之后不是马上执行，而是重新进入到入口队列等待队列里面。至于 notifyAll 方法，则是通知等待队列中所有的线程。
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##### wait() 的正确姿势
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对于 MESA 模型来说，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。
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```java
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while(条件不满足){
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wait();
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}
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```
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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。管程要求同一时刻只允许一个线程执行，那当线程 T2 的操作使得线程 T1 等待的条件满足时，T1 和 T2 究竟谁可以执行呢？
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1. Hasen 模型里面，要求 notify() 方法代码最后，这样 T2 通知完 T1 后，T2 就结束了，然后 T1 再执行，这样1同一时刻只有一个线程执行。
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2. Hoare 模型里面，T2 通知完 T1 后，T2 阻塞，T1 马上执行；等 T1 执行完，在唤醒 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。
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3. MESA 模型里面，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入入口等待队列里面。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，所以需要以循环的方式检验条件变量。
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##### notify() 何时可以使用
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除非经过深思熟虑，否则尽量使用 noyifyAll()。那么什么时候使用 notify 呢？需要满足以下三个条件：
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1. 所有等待线程拥有相同的等待条件
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2. 所有等待线程被唤醒后，执行相同的操作
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3. 只需要唤醒一个线程
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##### 总结
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Java 参考了 MESA 模型，语言内置的管程（synchronized）对 MESA 模型进行精简。MESA 模型中，条件变量可以有多个，Java 语言内置的管程里只有一个条件变量，具体如下：
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6 years ago
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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。
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##### 摘自：
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[管程：并发编程的万能钥匙](https://time.geekbang.org/column/article/86089)
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