ICE实现线程安全之监控器

互斥体实现的是一种简单的互斥机制，在任一时刻，只允许一个线程临
界区中活动（在使用读写互斥体的情况下，是一个写入者线程或多个读取者线程）
。特别地，要让一个线程进入临界区，另一个线程就必须离开它。
这意味着，在使用互斥体时，要做到这样的事情是不可能的：在临界区内
挂起一个线程，过一段时间再唤醒它（例如，在某个条件变成真时）。

为了解决这一问题，Ice提供了监控器。简单地说，监控器是一种用于
保护临界区的同步机制：和互斥体一样，同一时刻在临界区内，只能有一
个线程在活动。但是，监控器允许你在临界区内挂起线程；这样，另一个
线程就能进入临界区。第二个线程可以离开监控器（从而解除监控器的加
锁），或者在监控器内挂起自己；不管是哪一种情况，原来的线程都会被
唤醒，继续在监控器内执行。这样的行为可以扩展到任意数目的线程，所
以在监控器中可以有好几个线程挂起。

与互斥体相比，监控器提供的互斥机制更为灵活，因为它们允许线程检
查某个条件，如果条件为假，就让自己休眠；该线程会由其他某个改变了

该条件的线程唤醒。

namespace IceUtil {
    template
    class Monitor {
    public:
        void lock() const;
        void unlock() const;
        bool tryLock() const;
        void wait() const;
        bool timedWait(const Time&) const;
        void notify();
        void notifyAll();
        typedef LockT > Lock;
        typedef TryLockT > TryLock;
    };
}
请注意，Monitor是一个模板类，需要你用Mutex或RecMutex
做它的模板参数（用RecMutex实例化Monitor，得到的监控器是递归的）。



下面是各成员函数的行为：
lock：这个函数尝试锁住监控器。
如果监控器已被另外的线程锁住，发出调用的线程就会挂起，直到监控器可用为止。
在调用返回时，监控器已被它锁住。

tryLock：这个函数尝试锁住监控器。
如果监控器可用，调用就锁住监控器，返回true。
如果监控器已被另外的线程锁住，调用返回false。

unlock：这个函数解除监控器的加锁。
如果有另外的线程在等待进入监控器（也就是阻塞在lock调用中），
其中一个线程会被唤醒，并锁住监控器。

wait：这个函数挂起发出调用的线程，同时释放监控器上的锁。
其他线程可以调用notify或notifyAll来唤醒在wait调用中挂起的线程。
当wait调用返回时，监控器重被锁住，而挂起的线程会恢复执行。


notify这个函数唤醒目前在wait调用中挂起的一个线程。
如果在调用notify时没有这样的线程，通知就会丢失
（也就是说，如果没有线程能被唤醒，对notify的调用不会被记住）。

请注意，发出通知并不会致使另外的线程立即运行。只有当发出通
知的线程调用wait、或者解除监控器的加锁时，另外的线程才会得以运行

notifyAll：这个函数唤醒目前在wait调用中挂起的所有线程。
和notify一样，如果这时没有挂起的线程，对notifyAll的调用就会丢失。
和notify的情况一样，在使用notifyAll时，只有当发出通知的线程调用wait
、或者解除监控器的加锁时，其他线程才会得以运行


15.9.2
使用监控器
为了说明监控器的使用方法，考虑一个简单的无界队列。一些生产者线
程往队列中增加数据项，一些消费者线程从队列中移除数据项。如果队列
变空，消费者必须等待生产者把新的数据项放入队列。队列自身是一个临
界区，也就是说，当消费者在移除数据项时，我们不能允许生产者把数据
项放入队列。下面是这种队列的一个非常简单的实现：

template class Queue {
public:
    void put(const T & item) {
        _q.push_back(item);
    }
    T get() {
        T item = _q.front();
        _q.pop_front();
        return item;
    }
private:
    list _q;
};

你可以看到，生产者调用put方法，把数据项放入队列，
而消费者调用get方法，从队列中取出数据项。
显然，这种队列实现不是线程安全的，
没有什么能阻止消费者从空的队列中取出数据项。

#include
template class Queue
: public IceUtil::Monitor {
public:
    void put(const T & item) {
        IceUtil::Monitor::Lock lock(*this);
        _q.push_back(item);
        notify();
    }
    T get() {
        IceUtil::Monitor::Lock lock(*this);
        while (_q.size() == 0)
            wait();
        T item = _q.front();
        _q.pop_front();
        return item;
    }
private:
    list _q;
};

下面这种版本的队列使用了监控器，
如果队列是空的，它会挂起消费者：
如果队列是满的，它会挂起生产者：
#include
template class Queue
: public IceUtil::Monitor {
public:
    void put(const T & item) {
        IceUtil::Monitor::Lock lock(*this);
        _q.push_back(item);
        notify();
    }
    T get(){
        IceUtil::Monitor::Lock lock(*this);
        while (_q.size() == 0)        wait();
        T item = _q.front();
        _q.pop_front();
        return item;
    }
private:
    list _q;
};