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什么是管程(Monitor)模型_Java同步机制背后的计算机科学理论

P粉602998670

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发布时间:2026-02-19 08:37:13

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来源于php中文网

原创

管程是synchronized背后的运行时结构,每个对象有独立管程,负责互斥、等待与唤醒;java采用mesa模型,要求wait()必须置于while循环中以防虚假唤醒;reentrantlock比synchronized更灵活,支持多条件、可中断和超时。

什么是管程(monitor)模型_java同步机制背后的计算机科学理论

管程不是Java关键字,而是synchronized背后的运行时结构

Java里没有monitor这个语法,但它真实存在——当你用synchronized修饰方法或代码块时,JVM会在对象头里关联一个管程实例。这个管程由JVM在运行时创建和管理,负责互斥进入、条件等待与唤醒。它不是你new出来的对象,也不是接口或类,而是一套隐式行为契约。

容易踩的坑:

  • 误以为synchronized(this)synchronized(obj)共享同一个管程——其实每个对象有独立管程,锁的是对象监视器(Monitor),不是“同步逻辑”本身
  • wait()/notify()前没用synchronized包裹,直接抛IllegalMonitorStateException
  • notify()代替notifyAll()导致部分线程永远等不到唤醒(MESA模型特性:被唤醒线程需重新检查条件)

为什么Java选MESA模型而不是Hoare或Hasen

MESA模型规定:线程调用wait()后释放锁并进入等待队列;被notify()唤醒后,必须重新竞争锁,拿到锁后才从wait()返回,且**不保证唤醒时条件仍成立**。这是Java设计的取舍,也是最贴近实际工程需求的模型。

这意味着你必须把wait()写在while循环里,而不是if

立即学习Java免费学习笔记(深入)”;

while (!conditionMet()) {
    obj.wait();
}

否则可能遭遇虚假唤醒(spurious wakeup)或条件已过期。Hoare模型会立即将CPU交给被唤醒线程,但实现开销大、调度复杂;MESA更轻量,也更可控。

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synchronized和ReentrantLock都实现管程,但行为细节不同

两者都提供互斥+条件等待能力,但ReentrantLock是显式、可中断、可超时、可绑定多个Condition;而synchronized只绑定一个隐式条件队列,且不可中断、无超时。

使用场景差异:

  • 需要公平锁策略?new ReentrantLock(true)synchronized永远非公平
  • 要避免死等?用lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)synchronized只能硬等
  • 多个等待条件?比如“缓冲区满”和“缓冲区空”,ReentrantLock可配两个Conditionsynchronized只能靠notifyAll()广播,再靠while各自判断

别在管程里做耗时操作,尤其是I/O或远程调用

管程的核心价值是快速进出、保护临界区。一旦你在synchronized块里调用Thread.sleep()socket.read()httpClient.execute(),等于把锁占着不动,其他线程全卡住。

典型错误模式:

synchronized (lock) {
    // ❌ 千万别在这里发HTTP请求
    response = httpClient.post("/api/data");
    data = parse(response);
    sharedList.add(data);
}

正确做法是:只在管程内做状态变更和通知,把耗时逻辑移出去。必要时用生产者-消费者解耦,比如用BlockingQueue——它的put()/take()内部用AQS+管程协作,但对外屏蔽了锁细节。

真正难的不是理解“管程是什么”,而是时刻意识到:它不是功能容器,而是资源闸门。开得久,后面就堵成一片。

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