08 | 管程：併發編程的萬能鑰匙

併發編程這個技術領域已經發展了半個世紀了，相關的理論和技術紛繁複雜。那有沒有一種核心技術可以很方便地解決我們的併發問題呢？這個問題如果讓我選擇，我一定會選擇管程技術。Java 語言在 1.5 之前，提供的唯一的併發原語就是管程，而且 1.5 之後提供的 SDK 併發包，也是以管程技術爲基礎的。除此之外，C/C++、C# 等高級語言也都支持管程。可以這麼說，管程就是一把解決併發問題的萬能鑰匙。什麼是管程不知道你是否曾思考過這個問題：爲什麼 Java 在 1.5 之前僅僅提供了 synchronized 關鍵字及 wait()、notify()、notifyAll() 這三個看似從天而降的方法？在剛接觸 Java 的時候，我以爲它會提供信號量這種編程原語，因爲操作系統原理課程告訴我，用信號量能解決所有併發問題，結果我發現不是。後來我找到了原因：Java 採用的是管程技術，synchronized 關鍵字及 wait()、notify()、notifyAll() 這三個方法都是管程的組成部分。而管程和信號量是等價的，所謂等價指的是用管程能夠實現信號量，也能用信號量實現管程。但是管程更容易使用，所以 Java 選擇了管程。管程，對應的英文是 Monitor，很多 Java 領域的同學都喜歡將其翻譯成“監視器”，這是直譯。操作系統領域一般都翻譯成“管程”，這個是意譯，而我自己也更傾向於使用“管程”。所謂管程，指的是管理共享變量以及對共享變量的操作過程，讓他們支持併發。翻譯爲 Java 領域的語言，就是管理類的成員變量和成員方法，讓這個類是線程安全的。那管程是怎麼管的呢？MESA 模型在管程的發展史上，先後出現過三種不同的管程模型，分別是：Hasen 模型、Hoare 模型和 MESA 模型。其中，現在廣泛應用的是 MESA 模型，並且 Java 管程的實現參考的也是 MESA 模型。所以今天我們重點介紹一下 MESA 模型。在併發編程領域，有兩大核心問題：一個是互斥，即同一時刻只允許一個線程訪問共享資源；另一個是同步，即線程之間如何通信、協作。這兩大問題，管程都是能夠解決的。我們先來看看管程是如何解決互斥問題的。管程解決互斥問題的思路很簡單，就是將共享變量及其對共享變量的操作統一封裝起來。假如我們要實現一個線程安全的阻塞隊列，一個最直觀的想法就是：將線程不安全的隊列封裝起來，