簡書 賈小強
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在面試中你可能遇到過這樣的問題：鎖（lock）和監(jiān)視器（monitor）有什么區(qū)別？
嗯，要回答這個問題，你必須深入理解Java的多線程底層是如何工作的。
簡短的答案是，鎖為實現(xiàn)監(jiān)視器提供必要的支持。詳細答案如下。
鎖（lock）
邏輯上鎖是對象內存堆中頭部的一部分數(shù)據(jù)。JVM中的每個對象都有一個鎖（或互斥鎖），任何程序都可以使用它來協(xié)調對對象的多線程訪問。如果任何線程想要訪問該對象的實例變量，那么線程必須擁有該對象的鎖（在鎖內存區(qū)域設置一些標志）。所有其他的線程試圖訪問該對象的變量必須等到擁有該對象的鎖有的線程釋放鎖（改變標記）。
一旦線程擁有一個鎖，它可以多次請求相同的鎖，但是在其他線程能夠使用這個對象之前必須釋放相同數(shù)量的鎖。如果一個線程請求一個對象的鎖三次，如果別的線程想擁有該對象的鎖，那么之前線程需要 “釋放”三次鎖。
Java中顯式鎖的使用語法如下：
…
private Lock bankLock = new ReentrantLock();
…
public double getTotalBalance()
{
bankLock.lock();
try
{
double sum = 0;
for (double a : accounts)
sum += a;
return sum;
}
finally
{
bankLock.unlock();
}
}
- 鎖用來保護代碼片段，任何時刻只能有一個線程執(zhí)行被保護的代碼。
- 鎖可以管理試圖進入被保護代碼的線程
- 鎖可以擁有一個或者多個相關的條件對象
- 每個條件對象管理那些已經(jīng)進入被保護的代碼段，但還不能運行的線程
Lock和Condition接口為程序設計人員提供了高度的鎖定控制。然后大多數(shù)情況下，并不需要這樣的控制，并且可以使用一種嵌入Java語言的內部機制。從1.0版本開始，Java中的每一個對象都有一個內部鎖。如果一個方法用synchronized關鍵字聲明，那么對象的鎖將保護整個方法。也就說，要調用該方法，線程必須獲得內部的對象鎖。
內部鎖的一般用法如下：
public synchronized void transfer(int from, int to, double amount) throws InterruptedException
{
while (accounts[from] < amount)
wait();
System.out.print(Thread.currentThread());
accounts[from] -= amount;
System.out.printf(" %10.2f from %d to %d", amount, from, to);
accounts[to] += amount;
System.out.printf(" Total Balance: %10.2f%n", getTotalBalance());
notifyAll();
}
可以看到，用synchronized關鍵字來編寫代碼簡潔得多。當然要理解這一代碼，你必須了解每一個對象有一個內部鎖，并且該鎖有一個內部條件。由鎖來管理那些試圖進入synchronized方法的線程，由條件來管理那些調用wait的線程
然而，講了這么多，實際上推薦最好優(yōu)先使用BlockQueue，Excutor，同步集合等，然后再是synchronized關鍵字，最才是Lock/Condition
監(jiān)視器（Monitor）
監(jiān)視器是一種同步結構，它允許線程同時互斥（使用鎖）和協(xié)作，即使用等待集（wait-set）使線程等待某些條件為真的能力。
互斥
使用比較形象的說明，監(jiān)視器就像一個包含一個特殊房間（對象實例）的建筑物，每次只能占用一個線程。這個房間通常包含一些需要防止并發(fā)訪問的數(shù)據(jù)。從一個線程進入這個房間到它離開的時間，它可以獨占訪問房間中的任何數(shù)據(jù)。進入監(jiān)控的建筑被稱為“進入監(jiān)控監(jiān)視器。”進入建筑內部特殊的房間叫做“獲取監(jiān)視器”。房間占領被稱為“擁有監(jiān)視器”，離開房間被稱為“釋放監(jiān)視器。”讓整個建筑被稱為“退出監(jiān)視器。”
當一個線程訪問受保護的數(shù)據(jù)（進入特殊的房間）時，它首先在建筑物接收（entry-set）中排隊。如果沒有其他線程在等待（擁有監(jiān)視器），線程獲取鎖并繼續(xù)執(zhí)行受保護的代碼。當線程完成執(zhí)行時，它釋放鎖并退出大樓（退出監(jiān)視器）。
如果當一個線程到達并且另一個線程已經(jīng)擁有監(jiān)視器時，它必須在接收隊列中等待（entry-set）。當當前所有者退出監(jiān)視器時，新到達的線程必須與在入口集中等待的其他線程競爭。只有一個線程能贏得競爭并擁有鎖。
這里沒有wait-set的事。
合作
一般來說，只有當多個線程共享數(shù)據(jù)或其他資源時，互斥才是重要的。如果兩個線程不處理任何公共數(shù)據(jù)或資源，它們通常不能互相干擾，也不需要以互斥的方式執(zhí)行。盡管互斥有助于防止線程在共享數(shù)據(jù)時互相干擾，但合作有助于線程共同努力實現(xiàn)一些共同目標。
合作在當一個線程需要的數(shù)據(jù)改變?yōu)樵谝粋€特定的狀態(tài)時很重要，另一個線程負責將數(shù)據(jù)該入狀態(tài)，如生產者/消費者的問題，讀線程需要緩沖去在一個“不空”的狀態(tài)才可以從緩沖區(qū)中讀取任何數(shù)據(jù)。如果讀線程發(fā)現(xiàn)緩沖區(qū)為空，則必須等待。寫線程負責用數(shù)據(jù)填充緩沖區(qū)。一旦寫入線程完成了更多的寫入操作，讀線程可以進行更多的讀取。它有時也稱為“Wait and Notify”或“Signal and Continue”監(jiān)視器，因為它保留對監(jiān)視器的所有權，并繼續(xù)執(zhí)行監(jiān)視區(qū)域（如果需要的話繼續(xù)）。在稍后的時間內，通知線程釋放監(jiān)視器，等待線程重新恢復擁有鎖。
這種合作需要entry-set和wait-set.。下面的圖表將有助于您理解這種合作。
上圖顯示監(jiān)視器為三個矩形。在該中心，一個大矩形包含一個線程，即監(jiān)視器的所有者。在左邊，一個小矩形包含entry set。在右邊，另一個小矩形包含wait set。
監(jiān)視器是由Per Brich Hansen和Tony Hoare提出的概念，Java以不精確的方式采用了它，也就是Java中的每個對象有一個內部的鎖和內部條件。如果一個方法用synchronized關鍵字聲明，那么，它表現(xiàn)的就像一個監(jiān)視器方法。通過wait/notifyAll/nofify來訪問條件變量
我希望上面內容將有助于你更深入地了解Java多線程，歡迎提出任何問題。
Happy Learning !!
