Java對管程的支持

管程的概念

管程 (英語：Moniters，也稱為監視器) 是一種程序結構，結構內的多個子程序（對象或模塊）形成的多個工作線程互斥訪問共享資源。
這些共享資源一般是硬件設備或一群變量。管程實現了在一個時間點，最多只有一個線程在執行管程的某個子程序。
與那些通過修改數據結構實現互斥訪問的並發程序設計相比，管程實現很大程度上簡化了程序設計。
管程提供了一種機制，線程可以臨時放棄互斥訪問，等待某些條件得到滿足後，重新獲得執行權恢復它的互斥訪問。

一個管程包含:

1. 多個彼此可以交互並共用資源的線程
2. 多個與資源使用有關的變量
3. 一個互斥鎖
4. 一個用來避免競態條件的不變量

一個管程的程序在運行一個線程前會先取得互斥鎖，直到完成線程或是線程等待某個條件被滿足才會放棄互斥鎖。
若每個執行中的線程在放棄互斥鎖之前都能保證不變量成立，則所有線程皆不會導致競態條件成立。
當一個線程執行管程中的一個子程序時，稱為占用(occupy)該管程. 管程的實現確保了在一個時間點，最多只有一個線程占用了該管程。這是管程的互斥鎖訪問性質。
當線程要調用一個定義在管程中的子程序時，必須等到已經沒有其它線程在執行管程中的某個子程序。
在管程的簡單實現中，編譯器為每個管程對象自動加入一把私有的互斥鎖。該互斥鎖初始狀態為解鎖，
在管程的每個公共子程序的入口給該互斥鎖加鎖，在管程的每個公共子程序的出口給該互斥鎖解鎖。

條件變量(Condition Variable)

管程提供了一種實現互斥的簡便途徑，但這還不夠。我們還需要一種辦法使得線程在無法繼續運行時被阻塞。
在生產者-消費者問題中，很容易將針對緩沖區滿和緩沖區空的測試放到管程過程中，但是生產者在發現緩沖區滿的時候如何阻塞呢？
解決的方法是引入條件變量（condition variables）以及相關的兩個操作：wait和signal。
當一個管程過程發現它無法繼續運行時（例如，生產者發現緩沖區滿），它會在某個條件變量上（如full）執行wait操作。
該操作導致調用進程自身阻塞，並且還將另一個以前等在管程之外的進程調入管程。
另一個線程，比如消費者，可以喚醒正在睡眠的伙伴進程，這可以通過對其伙伴正在等待的一個條件變量執行signal完成。
為了避免管程中同時有兩個活躍進程，如果在一個條件變量上有若干進程正在等待，則在對該條件變量執行signal操作後，
系統調度程序只能在其中選擇一個使其恢復運行。

線程可能需要等待某個條件P為真，才能繼續執行。在一個忙等待(busy waiting)循環中
   while not( P ) do skip
將會導致所有其它進程都無法進入臨界區使得該條件P為真，該管程發生死鎖.
解決辦法是條件變量(condition variables). 概念上，一個條件變量就是一個線程隊列(queue), 其中的線程正等待某個條件變為真。
每個條件變量c關聯著一個斷言P_c. 當一個線程等待一個條件變量，該線程不算作占用了該管程，因而其它線程可以進入該管程執行，
改變管程的狀態，通知條件變量c其關聯的斷言P_c在當前狀態下為真.

因此對條件變量存在兩種主要操作:
wait c 被一個線程調用，以等待斷言P_c被滿足後該線程可恢復執行. 線程掛在該條件變量上等待時，不被認為是占用了管程.
signal c (有時寫作notify c)被一個線程調用，以指出斷言P_c現在為真.
當一個通知(signal)發給了一個有線程處於等待中的條件變量，則有至少兩個線程將要占用該管程: 發出通知的線程與等待該通知的某個線程. 
只能有一個線程占用該管程，因此必須做出選擇。兩種理論體系導致了兩種不同的條件變量的實現:
阻塞式條件變量(Blocking condition variables)，把優先級給了被通知的線程.
非阻塞式條件變量(Nonblocking condition variables)，把優先級給了發出通知的線程.

Java編程思想(第4版) 中文清晰PDF完整版 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-08/105403.htm

編寫高質量代碼 改善Java程序的151個建議 PDF高清完整版 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-06/103388.htm

Java 8簡明教程 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-03/98754.htm

Java對象初始化順序的簡單驗證 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-02/96220.htm

Java對象值傳遞和對象傳遞的總結 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-12/76692.htm

隱式條件變量管程

Java程序設計語言中，每個對象都可以作為一個管程。需要互斥使用的方法必須明確標示關鍵字synchronized. 代碼塊也可以標示關鍵字synchronized.
不使用明確的條件變量, Java的這種管程在入口隊列之外，使用單獨的條件等待隊列. 所有等待的線程進入這個隊列，
所有的notify與notify all操作也施加於這個隊列。這種方法已經被其它程序設計語言使用，如C#.

Java中的同步方法與其他經典管程有本質差別：Java沒有內嵌的條件變量。反之，Java提供了兩個過程wait和notify ，分別與sleep和wakeup等價，
不過，當它們在同步方法中使用時，它們不受競爭條件約束。理論上，方法wait可以被中斷，它本身就是與中斷有關的代碼。Java需要顯式表示異常處理。在下文中，只要認為go_to_sleep就是去睡眠即可。

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