管程学习卡片

为什么引入管程？ 🧩
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为什么引入管程？
  • 信号量机制缺陷：编写程序困难且易出错，需要严格关注PV操作顺序
  • 举例：生产者消费者问题中，若互斥P操作在同步P操作之前会导致死锁
  • 解决方案：1973年Brinch Hansen在Pascal语言中首次引入管程
  • 本质：高级同步机制，比信号量更易用，仍用于实现进程互斥和同步
管程的定义和特征 📋
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管程的定义和特征
  • 用途：实现进程互斥和同步，管理共享资源（如缓冲区）
  • 组成部分：
    • 共享数据结构
    • 操作函数集
    • 初始化语句
    • 名称标识
  • 特征：
    • 数据封装性
    • 入口唯一性
    • 互斥执行
  • 类比面向对象：数据成员→共享数据，成员函数→操作过程
管程解决生产者消费者问题 🏭
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管程解决生产者消费者问题
  • 实现方式：
    • 使用monitor...end monitor语法
    • 定义条件变量（full/empty）
    • 定义计数器（count）
  • 进程调用：
    • 生产者：ProducerConsumer.insert(item)
    • 消费者：ProducerConsumer.remove()
  • 同步机制：
    • wait(条件变量)：阻塞并释放管程
    • signal(条件变量)：唤醒等待进程
  • 编译器保障：自动实现进程互斥
Java中的类似机制 ☕
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Java中的类似机制
  • synchronized关键字：修饰函数时，同一时间只能被一个线程调用
  • 实现类似管程的互斥访问机制
  • 示例代码： 
    class Monitor {
    private Item buffer = new Item();
    private int count = 0;
    public synchronized void insert(Item item) {
        // ...
    }
}
  • 实现原理：多个线程调用时需排队等待
管程的核心优势 🏆
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管程的核心优势
  • 封装共享数据及其操作
  • 提供受控访问入口（函数）
  • 强制单进程访问保证互斥
  • 通过条件变量实现同步
  • 编程便利性：
    • 隐藏PV操作等复杂细节
    • 类似"缓冲区已满"等状态判断由管程内部处理
    • 进程只需关注业务逻辑（生产/消费）
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