java对管程的支持

标签：管程   生产者消费者   

管程的概念

管程 (英语：Moniters，也称为监视器) 是一种程序结构，结构内的多个子程序（对象或模块）形成的多个工作线程互斥访问共享资源。
这些共享资源一般是硬件设备或一群变量。管程实现了在一个时间点，最多只有一个线程在执行管程的某个子程序。
与那些通过修改数据结构实现互斥访问的并发程序设计相比，管程实现很大程度上简化了程序设计。
管程提供了一种机制，线程可以临时放弃互斥访问，等待某些条件得到满足后，重新获得执行权恢复它的互斥访问。

1. 多个彼此可以交互并共用资源的线程
2. 多个与资源使用有关的变量
3. 一个互斥锁
4. 一个用来避免竞态条件的不变量

条件变量(Condition Variable)

线程可能需要等待某个条件P为真，才能继续执行。在一个忙等待(busy waiting)循环中
   while not( P ) do skip
将会导致所有其它进程都无法进入临界区使得该条件P为真，该管程发生死锁.
解决办法是条件变量(condition variables). 概念上，一个条件变量就是一个线程队列(queue), 其中的线程正等待某个条件变为真。
每个条件变量c关联着一个断言P_c. 当一个线程等待一个条件变量，该线程不算作占用了该管程，因而其它线程可以进入该管程执行，
改变管程的状态，通知条件变量c其关联的断言P_c在当前状态下为真.

隐式条件变量管程

Java中的同步方法与其他经典管程有本质差别：Java没有内嵌的条件变量。反之，Java提供了两个过程wait和notify ，分别与sleep和wakeup等价，
不过，当它们在同步方法中使用时，它们不受竞争条件约束。理论上，方法wait可以被中断，它本身就是与中断有关的代码。Java需要显式表示异常处理。在下文中，只要认为go_to_sleep就是去睡眠即可。

java管程解决生产者-消费者问题

外部类（outer class）ProducerConsumer创建并启动两个线程，p和c。第二个类和第三个类producer和consumer分别包含生产者和消费者的代码。
最后，类our_monitor是管程，它有两个同步线程，用于在共享缓冲区中插入和取出数据项。

public class ProducerConsumer {
	static final int N = 100;// 定义缓冲区大小的常量
	static Producer p = new Producer();// 初始化一个新的生产者线程
	static Consumer c = new Consumer();// 初始化一个新的消费者线程
	static Our_monitor mon = new Our_monitor();// 初始化一个新的管程

	public static void main(String[] args) {
		p.start();// 生产者启动
		c.start();// 消费者启动
	}

	static class Producer extends Thread {
		public void run() {// 线程运行主代码
			int item;
			while (true) {// 生产者循环
				item = produce_item();
				mon.insert(item);
			}
		}

		private int produce_item() {
			System.out.println("生产了1个");
			return 1;
		}// 实际生产
	}

	static class Consumer extends Thread {
		public void run() {// 线程运行主代码
			int item;
			while (true) {// 消费者循环
				item = mon.remove();
				consume_item(item);
			}
		}

		private void consume_item(int item) {
			System.out.println("消费了1个");
		}// 实际消费
	}

	static class Our_monitor {// 管程
		private int buffer[] = new int[N];
		private int count = 0, lo = 0, hi = 0;// 计数器和索引

		public synchronized void insert(int val) {
			if (count == N)
				go_to_sleep();// 若缓冲区满，则进入睡眠
			buffer[hi] = val;// 向缓冲区中插入一个新的数据项
			hi = (hi + 1) % N;// 设置下一个数据项的槽
			count = count + 1;// 缓冲区的数据项又多了一项
			if (count == 1)
				notify();// 如果消费者在休眠，则将其唤醒
		}

		public synchronized int remove() {
			int val;
			if (count == 0)
				go_to_sleep();// 如果缓冲区空，进入休眠
			val = buffer[lo];// 从缓冲区中取出一个数据项
			lo = (lo + 1) % N;// 设置待取数据项的槽
			count = count - 1;// 缓冲区的数据数目减少1
			if (count == N - 1)
				notify();// 如果生产者正在休眠，则将其唤醒
			return val;
		}

		private void go_to_sleep() {
			try {wait();} catch (InterruptedException exc) {};
		}
	}
}

参考文献：
http://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E7%9B%A3%E8%A6%96%E5%99%A8_(%E7%A8%8B%E5%BA%8F%E5%90%8C%E6%AD%A5%E5%8C%96)
现代操作系统

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原文地址：http://blog.csdn.net/lgcssx/article/details/38964089