Question

所以我读到监视器强制互斥，主要是使用2个过程wait（）和notify（）/ signal（），我也理解使用监视器解决的问题。

我想知道的是监视器如何实施互斥？在wait（）和notify（）中会发生什么？

为什么只有1个线程可以调用监控程序？这个约束是如何实施的？

（如果我不是很清楚，我很抱歉）

Answer 1

假设监视器是 lock ，并将您的房屋作为资源。现在，每当线程想要进入你的房子时，它必须首先获得你家的锁。只要该线程持有锁，就没有其他线程可以进入该房屋（访问该资源）。

wait() - ＆gt;当前持有锁的线程，释放该对象/资源上的锁，并等待其他线程notify()，以便它可以继续执行。

notify() - ＆gt;当前线程通知它正在释放该资源上的锁。等待此锁定的所有线程都会收到通知。操作系统非常智能，可以选择其中一个线程，为其提供锁定并执行它。

Answer 2

监视器是两个线程基元的组合：互斥锁和条件变量。

互斥锁是一个可以被锁定的对象＆＃34;一次只有一个线程。如果第二个线程试图锁定＆＃34;互斥锁，第二个线程被迫等到第一个线程＆＃34;解锁＆＃34;互斥体。

有许多互斥体的快速实现，它们在没有内核帮助的情况下使用原子操作来锁定和解锁，但所有这些实现最终都要求操作系统为它们锁定互斥锁。操作系统会尝试为您锁定互斥锁，但如果已经锁定，操作系统将暂停该线程，并标记在解锁该特定互斥锁时应该重新唤醒它

条件变量是一个特别有趣的野兽，它解决了互斥体的一些特殊问题。特别是，等待互斥锁是不可中断的。一旦开始，您就可以等待互斥锁可用。你不能用例如异常中断互斥锁等待。 Mutexes只是放弃了这种能力以换取原始速度（它们比其他线程原语快得多）。

此外，互斥体并不总是保证公平，并且一些算法确实在不公平的等待时间方面遇到麻烦。使条件变量更公平更容易，因为它不必具有相同的运行时要求。

当然，尝试在使用互斥锁时很好地解决这些问题是很棘手的。条件变量具有以下功能

等待（Mutex m） - 自动解锁＆＃39; m＆＃39;并开始等待互斥锁。醒来后，它将重新获得＆＃39; m＆＃39;
notify（） - 唤醒正在等待条件变量的一个线程
broadcast（） - 唤醒正在等待条件变量的每个线程。

等待是最奇怪的功能。为什么必须以这种方式定义它远远超出了问题的范围。

使用这些原语，可以对监视器进行伪代码

class Monitor
{
    private Mutex mutex;
    private ConditionVariable cond;
    public Monitor()
    {
        mutex = new Mutex();
        cond = new ConditionVariable();
    }

    public void enter()
    {
        mutex.lock();
    }


    public void exit()
    {
        mutex.unlock();
    }

    public void wait()
    {
        // mutex should be locked already
        cond.wait(mutex); // wait unlocks the mutex while waiting, relocks after waiting
    }

    public void notify()
    {
        cond.notify();
    }

    public void broadcast()
    {
        cond.broadcast();
    }
};

关于您感兴趣的特定功能：

线程持有锁时调用wait（）。在操作系统级别，它将当前线程添加到线程队列以在条件变量上唤醒，释放锁定，并告诉调度程序将线程置于休眠状态（所有三个都发生在原子上，＃34;＃34 ;意思是操作系统不会中途停止并切换到另一个线程）。当它被唤醒（通过通知或广播）时，它会在返回您的代码之前重新获取锁定。
notify（）查看队列中的第一个线程，将其从队列中删除，并告诉OS调度程序再次开始调度该线程。
互斥锁定通常使用名为＆＃34;比较/交换＆＃34;的特殊操作来完成。（或其中一个变体）。比较交换在＆＃34;原子值＆＃34;：
上执行以下算法
- 用户传入＆＃34;比较＆＃34;价值和交换价值。＆＃34;
- CPU比较＆＃34;比较＆＃34;值与原子值的实际值相对应。如果它们相同，则将原子值设置为＆＃34;交换值＆＃34;。如果它们不同，它什么都不做
- 返回旧值（因此称为交换的原因）
- 所有这些操作都是以原子方式完成的，因此没有两个线程可以冲突。在CPU级别，这通常是通过强制值一直到主存储库，跳过缓存，并保持＆＃34;总线锁定＆＃34;在整个过程中保持高电平，以便其他处理器不会中断。

这些都是火热的方式。如果你想了解更多，我强烈推荐维基百科任何一个不熟悉的名词。线程页面实际上非常好。（Mutex，Condition Variable，Sleeping Barber和Compare Exchange都是很好的搜索）

监视器如何实施互斥？

2 个答案: