鎖和監視器之間的區別 – Java併發

在面試中你可能遇到過這樣的問題：鎖（lock）和監視器（monitor）有什麼區別？

嗯，要回答這個問題，你必須深刻理解Java的多線程底層是如何工做的。

簡短的答案是，鎖爲實現監視器提供必要的支持。詳細答案以下。

鎖（lock）

邏輯上鎖是對象內存堆中頭部的一部分數據。JVM中的每一個對象都有一個鎖（或互斥鎖），任何程序均可以使用它來協調對對象的多線程訪問。若是任何線程想要訪問該對象的實例變量，那麼線程必須擁有該對象的鎖（在鎖內存區域設置一些標誌）。全部其餘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，它能夠屢次請求相同的鎖，可是在其餘線程可以使用這個對象以前必須釋放相同數量的鎖。若是一個線程請求一個對象的鎖三次，若是別的線程想擁有該對象的鎖，那麼以前線程須要 「釋放」三次鎖。

Java中顯示鎖的使用語法以下：

…
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();
      }
   }

1） 鎖用來保護代碼片斷，任什麼時候刻只能有一個線程執行被保護的代碼。

2） 鎖能夠管理試圖進入被保護代碼的線程

3） 鎖能夠擁有一個或者多個相關的條件對象

4） 每一個條件對象管理那些已經進入被保護的代碼段，但還不能運行的線程

Lock和Condition接口爲程序設計人員提供了高度的鎖定控制。而後大多數狀況下，並不須要這樣的控制，而且可使用一種嵌入Java語言的內部機制。從1.0版本開始，Java中的每個對象都有一個內部鎖。若是一個方法用synchronized關鍵字聲明，那麼對象的鎖將保護整個方法。也就說，要調用該方法，線程必須得到內部的對象鎖。

內部鎖的通常用法以下：

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();
   }

能夠看到，用synchronized關鍵字來編寫代碼簡潔得多。固然要理解這一代碼，你必須瞭解每個對象有一個內部鎖，而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，講了這麼多，實際上推薦最好優先使用BlockQueue，Excutor，同步集合等，而後再是synchronized關鍵字，最纔是Lock/Condition

監視器（Monitor）

監視器是一中同步結構，它容許線程同時互斥（使用鎖）和協做，即便用等待集（wait-set）使線程等待某些條件爲真的能力。

互斥

使用比較形象的說明，監視器就像一個包含一個特殊房間（對象實例）的建築物，每次只能佔用一個線程。這個房間一般包含一些須要防止併發訪問的數據。從一個線程進入這個房間到它離開的時間，它能夠獨佔訪問房間中的任何數據。進入監控的建築被稱爲「進入監控監視器。」進入建築內部特殊的房間叫作「獲取監視器」。房間佔領被稱爲「擁有監視器」，離開房間被稱爲「釋放監視器。」讓整個建築被稱爲「退出監視器。」

當一個線程訪問受保護的數據（進入特殊的房間）時，它首先在建築物接收（entry-set）中排隊。若是沒有其餘線程在等待（擁有監視器），線程獲取鎖並繼續執行受保護的代碼。當線程完成執行時，它釋放鎖並退出大樓（退出監視器）。

若是當一個線程到達而且另外一個線程已經擁有監視器時，它必須在接收隊列中等待（entry-set）。噹噹前全部者退出監視器時，新到達的線程必須與在入口集中等待的其餘線程競爭。只有一個線程能贏得競爭並擁有鎖。

這裏沒有wait-set的事。

合做

通常來講，只有當多個線程共享數據或其餘資源時，互斥纔是重要的。若是兩個線程不處理任何公共數據或資源，它們一般不能互相干擾，也不須要以互斥的方式執行。儘管互斥有助於防止線程在共享數據時互相干擾，但合做有助於線程共同努力實現一些共同目標。

合做在當一個線程須要的數據改變爲在一個特定的狀態時很重要，另外一個線程負責將數據該入狀態，如生產者/消費者的問題，讀線程須要緩衝去在一個「不空」的狀態才能夠從緩衝區中讀取任何數據。若是讀線程發現緩衝區爲空，則必須等待。寫線程負責用數據填充緩衝區。一旦寫入線程完成了更多的寫入操做，讀線程能夠進行更多的讀取。它有時也稱爲「Wait and Notify」或「Signal and Continue」監視器，由於它保留對監視器的全部權，並繼續執行監視區域（若是須要的話繼續）。在稍後的時間內，通知線程釋放監視器，等待線程從新恢復擁有鎖。

這種合做須要entry-set和wait-set.。下面的圖表將有助於您理解這種合做。

                                  

 

上圖顯示監視器爲三個矩形。在該中心，一個大矩形包含一個線程，即監視器的全部者。在左邊，一個小矩形包含entry set。在右邊，另外一個小矩形包含wait set。

監視器是由Per Brich Hansen和Tony Hoare提出的概念，Java以不精確的方式採用了它，也就是Java中的每一個對象有一個內部的鎖和內部條件。若是一個方法用synchronized關鍵字聲明，那麼，它表現的就像一個監視器方法。經過wait/notifyAll/nofify來訪問條件變量

 

我但願上面內容將有助於你更深刻地瞭解Java多線程，歡迎提出任何問題。

 

Happy Learning !!