什么是监视器-Java快速入门教程

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1. 简介

在本教程中，我们将学习什么是监视器以及如何在 Java 中使用它。

2. 什么是监视器？

监视器是一种同步机制，允许线程具有：

• 互斥 – 只有一个线程可以使用锁在某个时间点执行该方法
• 合作 – 使用等待集使线程等待满足某些条件的能力

为什么此功能称为“监视器”？因为它监视线程如何访问某些资源。

监视器在70年代初正式成为P.B.汉森撰写的名为“共享类”的论文中感兴趣的主题。之后，C.A.R. Hoare撰写了论文《监视器 – 一种操作系统结构概念》，其中他进一步发展了监视器的概念。该论文介绍了一种同步形式，并提出了使用信号量的实现模型。

3. 监控功能

监视器为并发编程提供了三个主要功能：

• 一次只有一个线程对关键代码段具有互斥访问权限
• 监视器中运行的线程在等待满足某些条件时可能会被阻止
• 一个线程可以在满足其他线程正在等待的条件时通知它们

4. Java如何实现监视器？

临界区是通过不同线程访问相同数据的代码的一部分。

在 Java 中，我们使用sync关键字来标记关键部分。我们可以使用它来标记方法（也称为同步方法）甚至更小的代码部分（同步语句）。

对于支持哪种方法存在相反的意见 – 方法同步通常是推荐的更简单的方法，而从安全角度来看，同步语句可能是更好的选择。

在 Java 中，监视器与每个对象或类之间存在逻辑连接。因此，它们涵盖了实例方法和静态方法。互斥是通过与每个对象和类关联的锁完成的。此锁是称为互斥锁的二进制信号量。

4.1. 建筑和专属房间类比 

Java 对监视机制的实现依赖于两个概念——条目集和等待集。在文献中，作者使用建筑物和专属房间的类比来表示监视器机制。在这个类比中，一次只能有一个人出现在一个专属房间中。

所以，在这个类比中：

• 监视器是一栋包含两个房间和一个走廊的建筑
• 同步的资源是“独占房间”
• 等候套装是“等候室”
• 入口设置是“走廊”
• 线程是想要进入专属房间的人

当这个人想进入专属房间时，他首先去走廊（入口集），在那里他等待调度员。因此，调度员将挑选此人并将他送到专属房间。

JVM 中的调度程序使用基于优先级的调度算法。如果两个线程具有相同的优先级，JVM 将使用 FIFO 方法。

因此，当调度程序选择此人时，他会进入专属房间。可能是这个房间里发生了一些特定的情况，所以那个人需要出去等待专属房间再次可用。因此，该人最终将进入候诊室（等候集）。因此，调度程序将安排此人稍后进入专属房间。

此外，重要的是要提到线程在此过程中经历的步骤，使用相同的类比：

• 进入建筑物 – 进入监视器
• 进入专属房间 – 获取监视器
• 在专属房间 – 拥有监视器
• 离开专属房间 – 释放监视器
• 离开建筑物 – 退出监视器。

幸运的是，Java在后台完成大部分工作，我们在处理多线程应用程序时不需要编写信号量。因此，我们唯一需要做的就是用同步的关键字包装我们的关键部分，它就会立即成为一个监视区域。

4.2.wait（）和notify（）

wait（） 和notify（） 是 Java 中用于同步块的关键方法，可实现线程之间的协作。

wait（） 命令调用线程释放监视器并进入睡眠状态，直到其他线程进入此监视器并调用notify（）。此外，notify（） 唤醒在特定对象上调用wait（） 的第一个线程。

5. 结论

在本文中，我们讨论了监视器的概念，然后解释了它在 Java 中的实现。

正如我们所了解的，它是隐藏在同步关键字后面的核心同步机制。它依赖于等待集和条目集，我们通过一个简单的类比解释了它是如何工作的。

我们还提到了等待和通知方法的使用。