Java中的管程
Java是利用 管程解决并发编程问题的，那么究竟什么是 管程？而它又是如何解决并发问题的呢？
什么是管程
管程，英文名是 Monitor ，因此有的时候会被翻译为 监视器。其实你也许很早就接触到这个概念了，比如 synchronized 关键字，很多文章就介绍过其原理是使用了 监视器，只是你那个时候还并不知道 监视器和 管程，其实是一回事。
我们来看看维基百科上的概念：
管程 (英语：Monitors，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。
感觉这句话听得有点迷糊，但下面这句话应该就很好理解了：
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。
我的理解是：我们通过管程管理 Java 中的类，使得类是线程安全的。
这应该是 管程最终要达到的效果，那么，它是怎么做到的呢？
管程模型
管程这个概念最早来源于操作系统，操作系统发展了那么多年，管程的实现也有多种方式，主流的有三种：Hasen模型、 Hoare模型和 MESA模型， Java 中借鉴的是 MESA模型，让我们来重点看一下。
谈到 MESA模型，就不得不提到并发主要解决2个核心问题：一个是 互斥，即同一时刻只允许一个线程访问共享资源；另一个是 同步，即多个线程之间如何通信、协作。
如何解决 互斥呢？我们可以在操作共享变量之前，增加一个等待队列，每一个线程想要操作共享变量的话，都需要在等待队列中等待，直到管程选出一个线程操作共享变量。
那又是如何解决 同步的呢？线程在操作共享变量时候，它不一定是直接执行，可能有一些自己的执行条件限制（比如取钱操作要求账户里一定要有钱，出队操作要求队列一定不能是空的），我们将这些限制称之为 条件变量，每一个 条件变量也有自己对应的 等待队列，当线程发现自己的 条件变量不满足时，就进入相应的 等待队列中排队，直至 条件变量满足，那么其 等待队列中的线程也不会是立马执行，而是到最开始 共享变量对应的 等待队列中再次排队，重复之前的过程。
可以参考下面这幅图：
理论说了那么多，还是来看看用代码是如何实现的吧
实现
首先可以自定一个支持并发的队列
public class MyQueen {
// 共享变量（任何操作之前，都需要获得该锁才可以执行）
private final Lock lock = new ReentrantLock();
// 条件变量：队列不满
private final Condition notFull = lock.newCondition();
// 条件变量：队列不空
private final Condition notEmpty = lock.newCondition();
/**
* 存储队列的容器
*/
private final LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();
/**
* 最大容量
*/
private int capacity;
/**
* 当前容器中存储的数量
*/
private int size;
public MyQueen(int capacity) {
this.capacity = capacity;
this.size = 0;
}
/**
* 入队
*/
public void enter(int value) {
lock.lock();
try {
// 如果队列已满，则需要等到队列不满
while (size >= capacity) {
notFull.await(1, TimeUnit.MILLISECONDS);
}
// 入队
list.add(value);
size++;
System.out.println(value + " has bean entered");
// 通知可以出队
notEmpty.signal();
} catch (InterruptedException e) {
} finally {
lock.unlock();
}
}
/**
* 出队
*/
public int dequeue() {
Integer result = null;
lock.lock();
try {
// 如果队列已空，则需要等到队列不空
while (size <= 0) {
notEmpty.await(1, TimeUnit.MILLISECONDS);
}
// 出队
result = list.removeFirst();
size--;
System.out.println(result + " has bean dequeued");
// 通知可以入队
notFull.signal();
return result;
} catch (InterruptedException e) {
} finally {
lock.unlock();
}
return result;
}
public static void main(String[] args) {
MyQueen myQueen = new MyQueen(3);
new Thread(new Pruducer("producer1", myQueen, 0, 2)).start();
new Thread(new Pruducer("producer2", myQueen, 2, 5)).start();
new Thread(new Consumer("consumer2", myQueen, 5)).start();
new Thread(new Consumer("consumer1", myQueen, 3)).start();
}
}定义生产者和消费者：
class Pruducer implements Runnable {
private final MyQueen queen;
/**
* 该线程的名字
*/
private final String name;
/**
* 开始的大小
*/
private final int start;
/**
* 需要生产的资料个数
*/
private final int size;
public Pruducer(String name, MyQueen queen, int start, int size) {
this.name = name;
this.queen = queen;
this.start = start;
this.size = size;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= size; i++) {
int now = start + i;
// System.out.println(name + " produce : " + now + " start");
queen.enter(now);
// System.out.println(name + " produce : " + now + " end");
}
}
}
class Consumer implements Runnable {
private final MyQueen queen;
/**
* 该线程的名字
*/
private final String name;
/**
* 需要消费的资料个数
*/
private final int size;
public Consumer(String name, MyQueen queen, int size) {
this.name = name;
this.queen = queen;
this.size = size;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 1; i <= size; i++) {
// System.out.println(name + " consume start");
int result = queen.dequeue();
// System.out.println(name + " consume : " + result + " end");
}
}
}做一个测试的main方法：
public static void main(String[] args) {
MyQueen myQueen = new MyQueen(3);
new Thread(new Pruducer("producer1", myQueen, 0, 2)).start();
new Thread(new Pruducer("producer2", myQueen, 2, 5)).start();
new Thread(new Consumer("consumer1", myQueen, 3)).start();
new Thread(new Consumer("consumer2", myQueen, 5)).start();
}结果为：
1 has bean entered
2 has bean entered
3 has bean entered
1 has bean dequeued
2 has bean dequeued
3 has bean dequeued
4 has bean entered
5 has bean entered
6 has bean entered
4 has bean dequeued
5 has bean dequeued
6 has bean dequeued
7 has bean entered
8 has bean entered
9 has bean entered
7 has bean dequeued
8 has bean dequeued
9 has bean dequeued虽然满足我想要的结果，但显示的内容有些奇怪，总是容器先被填满之后，然后容器被清空，感觉原因应该和 可重入锁有关。