文章目录
1. 定义
2. MESA模型
2.1 互斥
2.2 同步
3. synchronized
4. Lock与Condition
5. 总结
本文主要参考了极客时间上王宝令老师的《Java并发编程实战》，里面大部分内容来自这门课程，本文中的几张图也是参考课程里面的图画的。个人觉得这门课程比较基础，相对而言比较简单，老师讲解得也十分清晰，适合并发编程的入门，有需要的朋友可以点击文末的二维码连接去了解。
1. 定义
Monitor在英语中直译是监视器的意思，但是在操作系统中通常被翻译为管程，是用来实现并发的一种技术，它解决了并发编程中的两大核心问题：互斥与同步。所以管程的定义是：用来管理共享变量以及对共享变量操作的过程。
历史上出现过三种管程模型，MESA模型、Hasen模型、Hoare模型。而在Java中，管程的实现是根据MESA模型实现的。
2. MESA模型
管程实现了并发编程领域的两大核心问题：互斥与同步，那么MESA模型是如何来实现互斥与同步的呢？
2.1 互斥
管程通过对共享变量以及对操作共享变量方法的进行了封装，在同一时刻，只有一个线程进入到管程中，这样就保证了只有一个线程来操作共享变量，实现了互斥的功能。
如上图中，管程X对共享变量count，以及对操作共享变量count的两个方法递增：increment()和递减：decrement()进行了封装，要想访问共享变量count，只能通过increment()和decrement()。由于管程保证了同时只允许一个线程进入，所以保证了increment()和decrement()的互斥性。
2.2 同步
如下图的管程模型图中，方框代表管程对共享变量以及操作共享变量方法的封装，在入口处有一个等待队列，当有多个线程试图进入管程时，管程只允许一个线程进入，其他的线程进入到等待队列中。
在管程中引入了条件变量的概念，每个条件变量都对应一个等待队列。如图中的条件变量A和B分别对应一个等待队列。
条件变量和等待队列的作用就是为了实现线程之间的同步问题。可以结合下面的例子理解。
假设有如下场景，对于共享变量count，初始值为0，我们需要对它进行递增或者递减操作，但是在进行操作时，需要满足如下条件，进行递增时，count的值不能大于等于10，进行递减时，count的值需要大于0。
假设线程T1要对共享变量进行递减操作，由于此时count值为0，所以不能进行递减操作，这个时候就应该让线程T1进行等待。去哪儿等待呢？去条件变量对应的等待队列里面进行等待。所以此时需要调用count>0这个条件变量对象的wait()方法，这样线程T1就进入到count>0这个条件变量的等待队列中等待。
再假设线程T2要对共享变量进行递增操作，由于此时count=0，满足count值不能大于等于10这个条件，所以T2执行递增操作，操作之后count变为1，那么此时对于条件变量count>0对于线程T1来说已经成立了，所以这个时候T2需要通知T1条件满足了。那么如何通知呢？通过调用count>0这个条件变量对象的notify()或者notifyAll()方法。通知完成后，T1线程会从条件变量的等待队列中出来，但是此时T1不会立马执行，而是需要重新进入到管程入口处的等待队列中。
可以结合如下代码理解。在代码中使用了java.util.concurrent包下的类Lock和Condition，await()方法和wait()方法作用是一样的，signalAll()和notifyAll()作用是一样的。
public class Count {
volatile int count = 0;
final Lock lock = new ReentrantLock();
// 小于10条件变量
final Condition lessThanTen = lock.newCondition();
// 大于0条件变量
final Condition moreThanZero = lock.newCondition();
void increment(){
lock.lock();
try{
while(!count小于10){
// 小于10这个条件变量不满足，调用await()方法进入到条件变量的等待队列中
lessThanTen.await();
}
// 执行递增操作
// 递增完成以后，通知大于0这个条件等待队列中的线程
moreThanZero.signalAll();
}finally {
lock.unlock();
}
}
void decrement(){
lock.lock();
try{
while(!count大于0){
// 大于0这个条件变量不满足，调用await()方法进入到条件变量的等待队列中
moreThanZero.await();
}
// 执行递减操作
// 执行递减操作以后，通知小于10这个条件等待队列中的线程
lessThanTen.signalAll();
}finally{
lock.unlock();
}
}
}
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通过对上面MESA管程模型的介绍，到这里相信你对管程有了一定的认识。那管程在Java中到底是如何实现的呢？
3. synchronized
Java语言中为我们提供了synchronized关键字来实现锁。synchronized关键词实现的锁是隐式锁，为什么称之为隐式锁呢？是因为在编译器编译Java文件时，当碰到synchronized时，会自动加上加锁指令和解锁指令，即monitorenter和monitorexit，这一步对于开发人员来说是透明的，所以说它是隐式锁。它的底层实现就是通过管程实现的，前面我们介绍的管程模型中，可以支持多个条件变量，但是synchronized的管程实现只支持一个条件变量。它的管程示意图如下：
那么在虚拟机中，是如何实现管程的呢？那就是ObjectMonitor这个对象了。在openJDK的源码中，有这样两个源文件：objectMonitor.cpp和objectMonitor.hpp。前者的文件中实现了锁的获取、释放等方法，后者定义了前者需要的头文件。在objectMonitor.hpp文件中定义了这样一个结构：
ObjectMonitor() {
_header = NULL;
_count = 0;
_waiters = 0,
_recursions = 0;
_object = NULL;
_owner = NULL;
// 条件等待队列
_WaitSet = NULL;
_WaitSetLock = 0 ;
_Responsible = NULL ;
_succ = NULL ;
_cxq = NULL ;
FreeNext = NULL ;
// 入口等待队列
_EntryList = NULL ;
_SpinFreq = 0 ;
_SpinClock = 0 ;
OwnerIsThread = 0 ;
_previous_owner_tid = 0;
}
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在ObjectMonitor这个结构中，有两个重要的属性：_WaitSet和_EntryList，这两个属性分别对应管程中条件等待队列和入口等待队列。
4. Lock与Condition
Lock和Condition是java.util.concurrent包下的类，与synchronized关键字实现锁的原理不一样，Lock是在Java层面实现的，而synchronized是通过JVM虚拟机实现的锁。
Lock和Condition也是通过管程模型来实现锁的。其中Lock是是用来实现互斥的，Condition是用来实现同步的。
与synchronized不同的是，Lock与Condition实现的管程，支持多条件变量，而synchronized的管程实现只支持单个条件变量。
5. 总结
本文主要介绍了管程的模型以及管程是如何来实现并发的，
本文结合Java中synchronized和Lock介绍了管程的实现。
本文的内容更偏于个人的学习笔记，很多地方讲解得不是很详细，如果想了解更加详细的，可以去看看极客时间上《Java并发编程实战》这门课程，下方是课程的二维码链接。
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原文链接：https://blog.csdn.net/qq_34436819/article/details/101913269
semaphore和mutex的区别？
https://www.zhihu.com/question/47704079
java的同步底层就是使用mutex来实现的管程，最后一级重量级锁 使用的是object monitor