作者：钓雪

链接：https://www.zhihu.com/question/30641734/answer/105402533

来源：知乎

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需要condition变量的原因本质上就是程序执行顺序的不确定性.管程(monitor)只是保证了同一时刻只有一个进程在管程内活动,即管程内定义的操作在同一时刻只被一个进程调用(由编译器实现).但是这样并不能保证进程以设计的顺序执行,因此需要设置condition变量,让进入管程而无法继续执行的进程阻塞自己.也可以这么说,由于程执行顺序的不确定性,进程在entry序列中的顺序并不一定是我们想要的,而condition变量就是用来操作entry序列的.有了condition变量,我们就可以让在自己前驱进程之前提前进入管程的进程挂起自己,退回到entry序列中重新排队.具体来说: 以生产者-消费者问题(也称有限缓冲问题)为例, 如果我们不使用信号量(semaphore)而简单的用整形变量count来记录buffer中的数据项数目, 用系统调用sleep()阻塞进程 和 wakeup() 唤醒进程 程序如下#define TRUE 1

#define MAX 100

void insert_item(int);

int  remove_item();

int count = ;

void producer()

{

    int item;

    while(TRUE)

    {

        item = produce_item();

        if( count == MAX ) sleep();

        insert_item(item);

        count += ;

        if( count == ) wakeup(consumer); /*buffer由空变非空后唤醒挂起的消费者*/

    }

}

void consumer()

{

    int item;

    while(TRUE)

    {

        if( count ==  ) sleep();

        item = remove_item();

        count -= ;

        /*buffer由满变不满后唤醒生产者*/

        if( count == MAX -  ) wakeup(producer);

        consume_item(item);

    }

}

这样写的问题在于 我们不能保证 count 变量的互斥访问.如果producer在consumersleep之前发送wakeup信号便会导致错误,程序执行顺序如下1. 消费者 在检查到count == 0而未休眠2. 生产者 执行 count +=  并且向 消费者发送 wakeup信号,. 由于此时消费者并未sleep,wakeup信号丢失4. 之后消费者执行sleep休眠5. 生产者不断生产而消费者休眠直到buffer填满6. 生产者消费者都休眠,无法相互唤醒如果我们将访问count变量的过程写入管程中,就可以使两个进程对count进行互斥访问,从而解决这个问题.但是,管程并不知道编程者的逻辑,它并不能在生产者在count == MAX时挂起自己,也不能在 count == MAX -  时唤醒生产者,这时就需要使用条件变量.我们定义管程#define MAX 100

/* 定义管程 PC */

monitor PC

{

    int count = ;

    /* 我们使用条件变量full 表示被填满的buffer, empty 表示空的buffer */

    conditon full, empty;

    void insert(int item)

    {

        /* 当buffer满的时候,我们在full上将插入操作阻塞 */

        if ( count == MAX ) wait(&full);

        insert_item(item);

        count += ;

        /* 当buffer不空的时候,我们在empty上唤醒取出操作 */

        if ( count == MAX - ) signal(&empty);

    }

    int remove()

    {

        /* 当buffer空的时候,我们在empty上将取出操作阻塞 */

        if( count ==  ) wait(&empty);

        remove_item(item);

        count -= ;

        /* 当buffer不满的时候,我们在full上唤醒插入操作 */

        return item;

        if( count == MAX - ) signal(&full);

    }

}

    void producer()

    {

        int item;

        item = produce_item();

        /*调用管程中的函数 */

        PC.insert(item);

    }

    void consumer()

    {

        int item;

        /*调用管程中的函数 */

        item = PC.remove();

        consumer_item();

    }

*** 注意 以上代码 用类似于C的代码写成 ,但 C语言并不支持管程 ****** JAVA 支持管程 在method前加sychronized 关键字 可以保证在一个线程调用   ****** synchronized method时 不允许其他线程调用该对象中其他synchronized method  ***这样以来, 由于管程保证内部内部操作的互斥性,操作就不会wait()的前一刻被signal(),从而不会发生生产者和消费者都被阻塞而无法相互唤醒的情况了.同时我们的生产者和消费者也可以在恰当的时候阻塞自己.条件变量不止存在于管程中,在多线程库中也是普遍存在的.Unix的多线程库Pthread中也使用条件变量协调进程的同步.