Mutex, Semaphore and Monitor （2）

在上篇文章的最后，我们描述了CV（条件变量）的定义和使用方式，也曾说过Monitor事实上是基于CV的。那么，Monitor到底是怎样一种机制呢？

其实，与其说Monitor是一种机制，倒不如说它是一种风格（style），因为它并不是一种新的同步机制。Monitor所做的，就是把mutex和CV封装在一个对象里面，来保护这个对象的共有数据的访问，如下图所示：

其中Lock控制线程的进入，保证只有一个对象能拿到锁；而CV负责线程的等待、唤醒等操作；put和get是对shared data的一组访问方法。这种形式就是Monitor。

看到这个模型，你可能马上就想到，这不就是Java里面最常见的线程间同步机制么？没错，就是这样。Java在Object类提供了一套方法：wait/notify/notifyAll，并且通过在成员方法钱加synchronized方法来实现mutex，是典型的Monitor。而且，可以看出，Monitor是Java最推荐使用的线程同步方式（使用关键字的形式和把wait/signal/broadcast实现在Object中，相比之下，信号量类就放在java.util.concurrent包里）。

使用Monitor的好处在于，mutex和CV对用户都是透明的。用户只需知道，处于synchronized保护下的代码都是互斥的，而线程在对象上进行等待或着被唤醒。所以，我们可以很方便的改写前一篇文章中，使用pthread的C程序。

public class Counter {

    private int count;
    
    public Counter(int count) {
        this.count = count;
    }
    public int get() {
        return this.count;
    }
    public void incr() {
        this.count++;
    }
}

class Checker implements Runnable {

    private Counter counter;
    
    public Checker(Counter c) {
        this.counter = c;
    }
    
    @Override
    public void run() {
    
        synchronized (counter) {
            System.out.println("The Checker get the lock and the count is " + counter.get());
            while(counter.get() < 10)
            try {
                counter.wait();
                System.out.println("The Checker is notified and re-get the lock, now the count is " + counter.get());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

class Increaser implements Runnable {

    private Counter counter;
    
    public Increaser(Counter c) {
        this.counter = c;
    }
    @Override
    public void run() {
    
        while (counter.get() < 100) {
            synchronized (counter) {
                System.out.println("Increaser get the lock and the count is "+ counter.get());
                counter.incr();
                if (counter.get() >= 10) {
                    counter.notifyAll();
                }
            }
        }
    }
}

　　在main函数里面开启一个Checker和一个Increaser后运行，观察打印结果，会发现一个很有趣的现象，Checker的第二次打印，即在wait被唤醒之后打印的count并不是10，也就是说当Counter==10后，Increaser调用了notifyAll，但是Checker并没有恢复执行。为什么呢？原因我们在上篇文章中也提到过。notifyAll并不会释放锁，而是当Increaser离开synchronized代码块后才会释放，但是由于Increaser会循环执行（代码里是执行100次），它会和即将唤醒的Checker再次竞争mutex锁，所以并不能保证Checker会立即得到锁醒来，甚至，很多时候，Increaser更易得到mutex锁，使得checker醒来时counter远大于10。在我的实验中，有几次运行甚至是100，即Increaser执行完了，checker才得到mutex锁。

解决这个问题也很简单，就是在notifyAll后面加上break，这样，Increaser会跳出循环，并且释放锁。当然，这是一个比较特殊的例子。更多的时候，比如说Increaser需要在Checker做完之后再处理一些任务呢？显然，我们可以在Increaser调用notifyAll之后，调用wait，让其释放锁并等待，然后在Checker恢复执行后，再唤醒Increaser。如此往复下去，我们可以实现让线程交叉执行，甚至然照一个指定的序列执行。关于这方面，可以看下《Thinking in Java》中，线程那一章一个洗车抛光的例子。

讲到这里，相信大家对这三种机制已经有了一个大概的认识了，剩下的就得在实际工作中去体会和总结了，实践出真知嘛。