概念
为什么monitor会翻译成管程，以及这玩意为什么叫monitor! 可能每一篇讨论monitor的文章, 都需要先介绍什么是monitor, 所以说, 起名字是编程活动中最困难的事情, 也许没有之一.
在遥远的过去(1970s), 人们没什么同步工具可以用, 只好用semaphore, 我们之前讨论过了, semaphore同时具备互斥和信号的语义, 使得人们使用semaphore时需要格外小心. 为了人们更容易写出正确的代码, Brinch Hansen(1973)和Hoare(1974)提出了一种高级的同步原语, 称为monitor。
为什么说高级呢? 因为管程是一个由过程, 变量及数据结构等组成的集合, 它们组成了一个特殊的模块或软件包. 如同上面的例子中我们用MONITOR修饰类, 所以我们得说某某代码是管程, 某某自定义类是管程. 相对而言, semaphore就是低级的.
管程保证了同一时刻只能有一个线程在管程内, 这意味这管程提供了互斥访问. 这一切通常是编译器提供的, 也就是说管程是编程语言的组成部分. 很明显, C++没有
因为其互斥性, 而且管程内既有数据也有过程, 所以没有语法级支持管程的语言中, 也会称为线程安全对象. 比如我们写个线程安全队列, 我们就可以说这个是管程. 但线程安全对象不一定就是管程, 因为经典定义下管程的全部方法体都是互斥的, 而线程安全对象却没有这个要求.
那编程语言怎么支持的管程? 通常也是让对象内部包含semaphore, mutex, condition_variable. 所以, mutex+condition_varable是实现管程的手段之一, 而管程是高级的, 它不关心互斥和信号是怎么实现的.
假设我们有两个线程, 线程B在管程内, 线程A在等, 比如说等资源, 然后线程A notify了, 资源可用了, 这时候怎么办? 谁应该在管程内?
这个怎么办会产生三种不同的语义. Mesa语义, Hoare语义和Brinch Hansen语义(是的! 这俩提出者的monitor语义不一样!).
Mesa是第一种支持管程的编程语言. 在Mesa中, monitor有wait queue和entry queue, 那么, 一个线程要么在wait queue中, 要么在entry queue中, 要么在管程中. 在管程中的线程出来之后, entry queue的队首就进入管程.
Mesa语义就是线程A被signal后, 线程B继续在管程中, 线程A进入entry queue, 等线程B离开管程, 线程A再进入管程.
Brinch Hansen语义非常类似, 也是有wait queue和entry queue, 但是Brinch Hansen语义要求signal发生在线程A离开管程的时候, 也就是说, signal之后, 线程B就离开管程了, 线程A就自然进入管程了.
Hoare语义最复杂, 因为它还有signal queue. Hoare语义中, 在等的线程A在wait queue, signal发生时, 线程B被从管程中移到signal queue中, 而线程A则从wait queue移到管程中, 等线程A离开管程后线程A再回来.
许多语言实现的也是Mesa语义, 比如Java; 但是, 对于C++用户来说, 使用条件变量来notify的话, Mesa还是Brinch Hansen取决于你什么时候把锁解了.
