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08|管程：并发编程的

2019-03-16

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并发编程这个技术领域已经发展了半个世纪了，相关的理论和技术纷繁复杂。那有没有一种

技术可以很方便地解决我们的并发问题呢？这个问题如果让我选择，我一定会选择管程技术。

Java语言在1.5之前，提供的唯一的并发原语就是管程，而且1.5提供的SDK并发包，也

是以管程技术为基础的。除此之外，C/C++、C#等高级语言也都支持管程。

可以这么说，管程就是一把解决并发问题的。

什么是管程

不知道你是否曾思考过这个问题：为什么Java在1.5之前仅仅提供了synchronized关键字及

wait()、notify()、notifyAll()这三个看似从天而降的方法？在刚接触Java的时候，我以为它会

提供信号量这种编程原语，因为操作系统原理课程告诉我，用信号量能解决所有并发问题，结果

我发现不是。后来我找到了：Java采用的是管程技术，synchronized关键字及wait()、

notify()、notifyAll()这三个方法都是管程的组成部分。而管程和信号量是等价的，所谓等价指的

是用管程能够实现信号量，也能用信号量实现管程。但是管程更容易使用，所以Java选择了管

管程，对应的英文是Monitor，很多Java领域的同学都喜欢将其翻译成“监视器”，这是直

译。操作系统领域一般都翻译成“管程”，这个是意译，而也更倾向于使用“管程”。

所谓管程，指的是管理共享变量以及对共享变量的操作过程，让他们支持并发。翻译为Java领

域的语言，就是管理类的成员变量和成员方法，让这个类是线程安全的。那管程是怎么管的呢？

MESA模型

在管程的发展史上，先后出现过三种不同的管程模型，分别是：Hasen模型、Hoare模型和

MESA模型。其中，现在广泛应用的是MESA模型，并且Java管程的实现参考的也是MESA

模型。所以今天我们重点介绍一下MESA模型。

在并发编程领域，有两大问题：一个是互斥，即同一时刻只允许一个线程共享资源；另

一个是同步，即线程之间如何通信、协作。这两大问题，管程都是能够解决的。

我们先来看看管程是如何解决互斥问题的。

管程解决互斥问题的思路很简单，就是将共享变量及其对共享变量的操作统一封装起来。在下图

中，管程X将共享变量queue这个队列和相关的操作入队enq()、出队deq()都封装起来了；

线程A和线程B如果想共享变量queue，只能通过调用管程提供的enq()、deq()方法来实

现；enq()、deq()保证互斥性，只允许一个线程进入管程。不知你有没有发现，管程模型和面向

对象高度契合的。估计这也是Java选择管程的吧。而我面章节介绍的互斥锁用法，其

背后的模型其实就是它。

管程模型的代码化语义

那管程如何解决线程间的同步问题呢？

这个就比较复杂了，不过你可以借鉴一下我们曾经提到过的就医流程，它可以帮助你快速地理解

这个问题。为进一步便于你理解，在下面，我展示了一幅MESA管程模型示意图，它详细描述了

MESA模型的主要组成部分。

在管程模型里，共享变量和对共享变量的操作是被封装起来的，图中最外层的框就代表封装的意

思。框的上面只有一个，并且在旁边还有一个等待队列。当多个线程同时试