一、信號(hào)量的缺點(diǎn)

信號(hào)量的使用一定要小心，如下圖中解決生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題的程序：

如果在producer的執(zhí)行函數(shù)中，將empty與mutex的down操作互換，如果此時(shí)mutex為0，將首先對(duì)mutex進(jìn)行down操作，進(jìn)程陷入阻塞，而同時(shí)，當(dāng)consumer的執(zhí)行函數(shù)執(zhí)行到down(&mutex)的時(shí)候，由于mutex為0，因此，consumer線程也將進(jìn)入阻塞，兩個(gè)進(jìn)程都將永遠(yuǎn)進(jìn)入阻塞狀態(tài)，這被稱為“死鎖”

這說明使用信號(hào)量時(shí)一定要非常小心，一處很小的錯(cuò)誤將有可能導(dǎo)致很大的麻煩，因?yàn)楦偁帡l件、死鎖以及其他一些問題都是不可預(yù)測(cè)和不可再現(xiàn)的行為

為了更易于編寫正確的程序，一種高級(jí)同步原語?--?管程(monitor)誕生了

二、管程

一個(gè)管程是一個(gè)由過程、變量及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等組成的一個(gè)集合，它們組成一個(gè)特殊的模塊或軟件包。

管程內(nèi)部的共享變量

管程內(nèi)部的條件變量

管程內(nèi)部并行執(zhí)行的進(jìn)程

對(duì)局部于管程內(nèi)部的共享數(shù)據(jù)設(shè)置初始值的語句

進(jìn)程可以在任何需要的時(shí)候調(diào)用管程中的過程，但是他們不能在管程之外聲明的過程中直接訪問管程內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

但是，需要注意的是管程是語言概念，而C語言并不支持它

任意時(shí)刻，管程中只能有一個(gè)活躍的進(jìn)程，這一特性是的管程能夠有效地完成互斥，由編譯器選擇采取與其他過程調(diào)用不同的方法來處理對(duì)管程的調(diào)用

典型的處理方法是，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程調(diào)用管程過程時(shí)，該過程中的前幾條指令將檢查在管程中是否有其他的活躍進(jìn)程，如果有，調(diào)用進(jìn)程將被掛起，知道另一個(gè)進(jìn)程離開管程將其喚醒，如果沒有，則該調(diào)用進(jìn)程可以進(jìn)入

進(jìn)入管程時(shí)的互斥由編譯器負(fù)責(zé)，但通常的做法是用一個(gè)互斥量或二元信號(hào)量，因?yàn)槭怯芯幾g器而非程序員來安排互斥，所以出錯(cuò)的可能性要小得多

在任何一個(gè)時(shí)刻，寫管程的人無需關(guān)心編譯器是如何實(shí)現(xiàn)互斥的，他只需要知道將所有的臨界區(qū)轉(zhuǎn)換成管程過程即可，絕不會(huì)有兩個(gè)進(jìn)程同時(shí)執(zhí)行臨界區(qū)中的代碼。

三、管程中的條件變量

管程提供了一種實(shí)現(xiàn)互斥的漸變途徑，但是我們還需要一種辦法使得進(jìn)程在無法繼續(xù)運(yùn)行時(shí)被阻塞，解決這個(gè)問題的方法就是引入條件變量，以及相關(guān)的兩個(gè)操作：wait和signal，當(dāng)一個(gè)管程過程發(fā)現(xiàn)他無法繼續(xù)運(yùn)行時(shí)(如生產(chǎn)者發(fā)現(xiàn)緩沖區(qū)已滿)，他會(huì)在某個(gè)條件變量上(如full)上執(zhí)行wait操作，該操作導(dǎo)致調(diào)用進(jìn)程自身阻塞，并將另一個(gè)等在管程外的進(jìn)程調(diào)入管程，同時(shí)，一個(gè)進(jìn)程也可以通過對(duì)伙伴正在等待的一個(gè)條件變量執(zhí)行signal操作完成喚醒正在睡眠的伙伴進(jìn)程，但是這個(gè)時(shí)候就有可能會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)活躍進(jìn)程同時(shí)處在管程中的情況，這個(gè)情況有兩種方案可以解決：

運(yùn)行新喚醒的進(jìn)程，掛起之前的進(jìn)程

執(zhí)行signal的進(jìn)程立即退出管程，即規(guī)定signal只能作為管程過程的最后一條語句

讓發(fā)信者繼續(xù)運(yùn)行直到發(fā)信者退出管程后才讓被喚醒的進(jìn)程運(yùn)行

很明顯，第一種方案更加簡單，所以一般我們采取這一方案

注意，條件變量與信號(hào)量不同，他并不是計(jì)數(shù)器，如果向一個(gè)條件變量發(fā)送信號(hào)，而這個(gè)條件變量上此時(shí)并沒有等待進(jìn)程，則這個(gè)信號(hào)就會(huì)丟失，也就是說wait必須在signal之前執(zhí)行

wait、signal與sleep、wakeup最大的區(qū)別是他們不存在嚴(yán)重的競爭條件，因?yàn)榭赡艽嬖谝环N情況，即當(dāng)一個(gè)進(jìn)程正要去sleep而實(shí)際還沒有sleep的時(shí)候，另一個(gè)進(jìn)程企圖喚醒他，從而造成了wakeup信號(hào)的丟失，而管程中不會(huì)存在這樣的問題，因?yàn)樵诰彌_區(qū)滿，生產(chǎn)者wait前，消費(fèi)者進(jìn)程根本不可能進(jìn)入管程

四、代碼示例

如圖所示，是用管程實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題揭發(fā)框架的一個(gè)類似于pascal的偽代碼

java支持用戶級(jí)進(jìn)程，只要將關(guān)鍵詞synchronized加入到方法聲明中，java就保證這個(gè)方法一旦被某個(gè)進(jìn)程執(zhí)行，就不允許其他進(jìn)程執(zhí)行它，因此我們可以通過這一特性實(shí)現(xiàn)管程的編程

這個(gè)例子其實(shí)并不難懂，由于有synchronized關(guān)鍵字，所以無論是producer要進(jìn)行的insert方法還是consumer要進(jìn)行的remove方法都只能讓一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入，因此他們不需要再擔(dān)心競爭條件

java中并沒有條件變量，反之，java提供了兩個(gè)過程：wait和notify，與sleep和wakeup等價(jià)，但他們并不受競爭條件約束，而是通過異常機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)中斷情況的處理

創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎(jiǎng)勵(lì)來咯，堅(jiān)持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎(jiǎng)

總結(jié)

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