Java monitor機制使用方法解析

這篇文章主要介紹了Java monitor機制使用方法解析,文中通過示例代碼介紹的非常詳細,對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值,需要的朋友可以參考下

monitor概念

管程,監視器。在操作系統中,存在着semaphore和mutex,即信號量和互斥量,使用基本的mutex進行開發時,需要小心的使用mutex的down和up操作,否則容易引發死鎖問題。爲了更好的編寫併發程序,在mutex和semaphore基礎上,提出了更高層次的同步原語,實際上,monitor屬於編程語言的範疇,C語言不支持monitor,而java支持monitor機制。

一個重要特點是,在同一時間,只有一個線程/進程能進入monitor所定義的臨界區,這使得monitor能夠實現互斥的效果。無法進入monitor的臨界區的進程/線程,應該被阻塞,並且在適當的時候被喚醒。顯然,monitor作爲一個同步工具,也應該提供這樣管理線程/進程的機制。

monitor這個機制之所以被稱爲:更高級的原語,它不可避免的需要對外屏蔽這些機制,並且在內部實現這些機制,使得monitor成爲一個簡潔易用的藉口。

monitor基本元素

  • 臨界區
  • monitor對象和鎖
  • 條件變量以及定義在monitor對象上的wait,signal操作

使用monitor主要是爲了互斥進入臨界區,爲了能夠阻塞無法進入臨界區的進程,線程,需要一個monitor object來協助,這個object內部會有相應的數據結構,例如列表,用來保存被阻塞的線程;同時由於monitor機制本質是基於mutex原語的,所以object必須維護一個基於mutex的鎖。

此外,爲了在適當的時候能夠阻塞和喚醒 進程/線程,還需要引入一個條件變量,這個條件變量用來決定什麼時候是“適當的時候”,這個條件可以來自程序代碼的邏輯,也可以是在 monitor object 的內部,總而言之,程序員對條件變量的定義有很大的自主性。不過,由於 monitor object 內部採用了數據結構來保存被阻塞的隊列,因此它也必須對外提供兩個 API 來讓線程進入阻塞狀態以及之後被喚醒,分別是 wait 和 notify。

monitor在java中的實現

臨界區的圈定

被synchronized關鍵字修飾的方法,代碼塊,就是monitor機制的臨界區

monitor object

在上述synchronized關鍵字被使用時,往往需要指定一個對象與之關聯,例如synchronized(this),總之,synchronized需要管理一個對象,這個對象就是monitor object。

monitor機制中,monitor 我不檢測題充當着維護mutex和wait, signalAPI來管理線程的阻塞和喚醒。

Java 對象存儲在內存中,分別分爲三個部分,即對象頭、實例數據和對齊填充,而在其對象頭中,保存了鎖標識;同時,java.lang.Object 類定義了 wait(),notify(),notifyAll() 方法,這些方法的具體實現,依賴於一個叫 ObjectMonitor 模式的實現,這是 JVM 內部基於 C++ 實現的一套機制,基本原理如下所示:

當一個線程需要獲取 Object 的鎖時,會被放入 EntrySet 中進行等待,如果該線程獲取到了鎖,成爲當前鎖的 owner。如果根據程序邏輯,一個已經獲得了鎖的線程缺少某些外部條件,而無法繼續進行下去(例如生產者發現隊列已滿或者消費者發現隊列爲空),那麼該線程可以通過調用 wait 方法將鎖釋放,進入 wait set 中阻塞進行等待,其它線程在這個時候有機會獲得鎖,去幹其它的事情,從而使得之前不成立的外部條件成立,這樣先前被阻塞的線程就可以重新進入 EntrySet 去競爭鎖。這個外部條件在 monitor 機制中稱爲條件變量。

以上就是本文的全部內容,希望對大家的學習有所幫助,也希望大家多多支持神馬文庫。

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