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1 定义

1.1 信号

信号是一种抽象数据类型，包括一个整型变量和两个原子操作P和V，其原子性由操作系统保证，这个整型变量只能通过P操作和V操作改变。

P操作：P意味着信号量值减1，减完之后如果信号量值小于0，则说明资源不够用的，把进程加入等待队列。

V操作：V意味着信号量值加1，加完之后如果信号量值小于等于0，则说明等待队列里有进程，那么唤醒一个等待进程。

P操作可能阻塞，V操作不会阻塞。

1.2 信号量

信号量是被保护的整型变量。在初始化完成后，只能通过PV操作修改，操作系统保证了PV操作的原子性。

使用信号量实现临界区的互斥访问时，必须成对使用P操作和V操作。

开发代码比较困难，PV在不同的线程里配对容易写错，而且必须先检查资源信号量的值，再进入临界区，否则所有线程都不能进入临界区。

1.3 管程

管程是一种用于多线程互斥访问共享资源的程序结构，其采用了面向对象方法，简化了线程间的同步控制。

管程是为了解决信号量在临界区的PV操作上的配对的麻烦，把配对的PV操作集中在一起，生成的一种并发编程方法。

管程包括一个锁以及0或者多个条件变量。

管程与临界区不同的是，在管程中的线程可以临时放弃管程的互斥访问，让其他线程进入到管程中来。而临界区中的线程只能在线程退出临界区时，才可以放弃对临界区的访问。

2 模型

2.1 MASE

在管程的发展史上，先后出现过三种不同的管程模型，分别是：Hasen模型、Hoare模型和MESA模型。其中，现在广泛应用的是MESA模型，并且Java管程的实现参考的也是MESA模型。

在并发编程领域，有两大核心问题：一个是互斥，即同一时刻只允许一个线程访问共享资源；另一个是同步，即线程之间如何通信、协作。这两大问题，管程都是能够解决的。

2.2 互斥操作

在管程模型里，共享变量和对共享变量的操作是被封装起来的。当多个线程同时试图进入管程内部时，只允许一个线程进入，其他线程则在入口等待队列中等待。

2.3 同步操作

解决线程同步问题需要使用条件变量和等待队列。当进入管程的线程发现条件变量不满足时就会进入等待队列阻塞，等条件变量满足时就会从等待队列中唤醒继续执行。

2.4 Hasen、Hoare、MESA的区别

Hasen模型、Hoare模型、MESA模型的一个核心区别就是当条件满足后，如何通知相关线程。

Hasen模型里面，要求notify()放在代码的最后，这样T2通知完T1后，T2就结束了，然后T1再执行，这样就能保证同一时刻只有一个线程执行。

Hoare模型里面，T2通知完T1后，T2阻塞，T1马上执行，等T1执行完，再唤醒T2，也能保证同一时刻只有一个线程执行。但是相比Hasen模型，T2多了一次阻塞唤醒操作。

MESA模型里面，T2通知完T1后，T2还是会接着执行，T1并不立即执行，仅仅是从条件变量的等待队列进到入口等待队列里面。这样做的好处是notify()不用放到代码的最后，T2也没有多余的阻塞唤醒操作。但是也有个副作用，就是当T1再次执行的时候，可能曾经满足的条件，现在已经不满足了，所以需要以循环方式检验条件变量。