我所理解的管程以及Java中的管程样例

发布网友发布时间：1天前

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热心网友时间：2024-12-04 19:31

从PV操作说起，我们需要解决的问题是确保只有一个进程能访问临界资源，因此引入了中间层的概念。这个层需要满足条件：判定和操作要原子性。通常有两种实现方法：主动轮询和接受唤醒。主动轮询会一直占用资源，而接受唤醒则可能导致大量上下文切换，但结合自旋和阻塞方式可以平衡性能。

信号量机制不仅实现互斥，还能同步进程。它是原语实现，保证了操作的原子性。整数型信号量通过主动轮询实现互斥，但可能导致忙等。引入记录型信号量，通过队列避免忙等，让进程能加入阻塞队列等待资源。

信号量的值表示可用资源数量，如图所示，初始值为5意味着5个进程可以同时访问资源。当资源被占用，后续进程被阻塞直到资源可用。

从信号量到管程，我们认识到信号量有局限性，如无法区分不同条件的唤醒需求。管程管理共享变量和操作，支持并发。管程本质上管理中间人，封装了信号量和队列操作。共享变量包括信号量（值和队列）。唤醒分为从未进入管程和已进入并自我阻塞的进程。

管程实现互斥时，使用价值为1的信号量。两个进程需要访问临界区时，先进入的进程先P操作，发现资源可用后进入，而后来的进程则被阻塞。同步则涉及进程结束后的唤醒，可以全部或有条件。EntryQueue和WaitQueue区分从未进入管程和自我阻塞的进程。

条件变量实质上是一个队列，执行wait()将进程加入队列并阻塞，signal()唤醒队列中的一个进程。Java的synchronized简化了MESA模型，仅支持一个条件变量，但并发包实现支持多个条件变量，需要手动管理锁。

生产者消费者模式观察管程运行流程，发现同步方法中调用wait()和notify()至关重要。调用wait()释放锁，必须先获得锁。在synchronized代码块中调用，确保了资源的正确管理。ReentrantLock实现则允许更精确的唤醒，减少竞争。