Java Monitor

什么是 monitor（监视器）

monitor 是一种同步机制（别的编程语言也支持 monitor），允许线程拥有：

互斥：在 Java 虚拟机中，通过对象锁来支持，使多个线程能够独立地在共享数据上工作而不相互干扰；
协作：在 Java 虚拟机中，通过 Object 类的 wait 和 notify 方法来支持，使线程为一个共同的目标一起工作。

Java 中 monitor 的协作实现

Java 中 monitor的协作实现依赖于两个概念：entry set 和 wait set。

Java 风格的 monitor 就像是一个大房间中包含了三个小房间，其中特殊房间（Special Room）每次只能有一个线程占用；也就是说，从一个人（线程）进入这个房间到它离开，它是独占这个房间里的所有数据。

既然是一个特殊房间，那么人就不可能随便进入，而是要等到这个房间中的人离开了，然后调度员会进行调度；而这些想进又进不去的人，都被集中在入口集（Entry Set）中等待，这时的线程状态为 BLOCKED。

JVM 中的调度器使用基于优先级的调度算法；如果两个线程有相同的优先级，会选择等待时间最长的线程，最后会遵循先进先出。

当然了，一个人有可能不能一直呆在特殊房间里，中途需要休息一下(调用 wait 方法)，而等待集（Wait Set）就是让人休息的房间，这时的线程状态为 WAITING；当人休息好后（调用了 notify 方法）想要再进入特殊房间，那么它就还要经过入口集。

Java 中 monitor 的互斥实现

为了实现 monitor 的互斥功能，Java 虚拟机为每个对象关联了一个锁（内部锁，这把锁是一个实体），这个锁保存在对象头中。一个线程在获得锁和释放锁之间被称为拥有内部锁；如果一个线程获得了锁，那么在拥有锁的线程释放它之前，其他线程不能获得相同的锁。("锁定一个对象" 就是获得与该对象相关的 monitor。)

指的注意的是：对象锁也叫内部锁或 monitor 锁，API 文档规范通常把它简单地称为 "监视器"。

synchronized

这里不会讲关于 synchronized 的详细使用，请参照 synchronized 文章。

synchronized 是围绕内部锁实体构建的；在 Java 中 synchronized 的作用就是为了划分出一个监视区，每个监视区都与一个内部锁相关联。

Java 虚拟机中的线程在到达监控区域的开始时请求一个锁，在获得锁之前，线程不允许执行代码；一旦它获得了锁，线程就进入了受保护的代码块。当线程离开该块时，无论它是如何离开的，它都会释放相关对象上的锁。

内部锁在同步的两个方面都起作用：独占访问，建立对可见性至关重要的 happens-before。

wait() 和 notify()

在 Java 线程基础的这篇文章中有对这两个方法如何使用的例子，而在这篇文章中主要针对这两个方法和 monitor 之间的关系做出解释。

为什么这两个方法只能写在 synchronized 方法或 synchronized 代码块中？因为 wait() 和 notify() 是 Java 中用于线程之间的通讯，使线程之间能够协作；简单的说就是实现了 monitor 的协作机制。

至于写在 Object 中，是为了让所有对象都关联一把内部锁。

总结

首先使用 synchronized 划分出一个监视区域，然后使用一个 monitor 来监视这个区域（每一个 Java 对象都关联一个 monitor），当一个线程执行到监控区域的开始时会先进入到 Entry Set，获得锁后会执行受保护代码块；如果调用 wait 则线程会进入到 Wait Set 并释放锁，当线程想要重新获取锁时还是要先进入 Entry Set。

内部锁在同步的两个方面都起作用：独占访问，建立对可见性至关重要的 happens-before。