管程
一般要实现多线程同步有两种解决方案,分别是信号量和管程原语,信号量通过PV操作可以很方便的实现线程间的互斥操作,如果拿到信号量的许可后才能执行线程处理,但是信号量使用有个弊端就是在业务代码中有大量的PV方法要编写,如果在某个地方处理了P但是没有使用V进行释放,那么其他线程就会阻塞无法执行下去。并且信号量是最底层的原语,只能实现计数PV操作。
而管程的话经过高层模块的抽象,互斥、条件等待、共享数据都封装在了一起,线程只能通过管程模块来实现并发操作,使得线程使用更安全高效。
管程的经典实现模型MESA模型如下图所示
它分为以下几个模块:
- 共享变量: 用于标识锁是空闲状态还是被占用的状态
- 条件变量:用于标识条件是否满足,如果满足唤醒线程继续执行。
- 方法: 管程中封装的方法,例如加锁,解锁这种。
- 条件等待队列: 当线程不满足条件挂起时,会休眠并将线程存储到等待队列中。
- 入口等待队列: 当多个线程竞争同一把锁会只有一个线程拿到锁,其他未拿到锁的线程会进入入库等待队列中。
MESA的执行流程和我们之前的使用ReentrantLock实现的消费者生产者的例子一样,首先主线程执行方法会尝试获取锁,如果锁未获取到则会进入等待队列中,等待线程执行完成后从等待队列中获取一个线程继续执行。之后如果线程拿到锁之后会修改共享变量状态为已占用状态,避免其他线程再次获取到锁。之后这两个条件变量就像我们创建的providerCondition和consumerCondition的Condition一样,执行await()方法线程就会阻塞并添加到等待队列中,执行signalAll()方法就会从条件队列中唤醒线程继续执行。当线程执行完成后会修改共享变量为未占用。方法A和方法B就像ReentrantLock的管程方法unlock和lock。
这些模块的实现Java内部也封装好了: - 共享变量可以使用CAS保证原子性
- 等待队列可以使用CLH队列
- object.notify和wait方法只能唤醒和锁关联的随机变量,这是不符合要求的,我们的要求是从队列中获取一个线程进行唤醒,使用LockSupport的park和unpark可以唤醒或等待指定线程。