Монітор (синхронізація)

Монітор гарантує ексклюзивний доступ до класу, об'єкта чи модуля за допомогою використання м'ютекса.

Приклад об'єкта, що гарантує безпечний доступ до банківського рахунку:

monitor class Account {
  private int balance := 0
  invariant balance >= 0

  public method boolean withdraw(int amount)
     precondition amount >= 0
  {
    if balance < amount then return false
    else { balance := balance - amount ; return true }
  }

  public method deposit(int amount)
     precondition amount >= 0
  {
    balance := balance + amount
  }
}

Під час виконання потоком метода такого об'єкта, кажуть, що потік займає (чи заблоковує) об'єкт, утримаючи його м'ютекс (lock). В кожен конкретний момент часу не більше одного потоку може виконувати код цього об'єкта.

monitor є синтаксичним цукром для того, щоб не писати код захвату/вивільнення м'ютекса.

Якщо метод монітора має дочекатись деякої умови, що встановлюється методом того самого монітора в іншому потоці, то цей метод повинен:

1. тимчасово звільнити м'ютекс та очікувати (призупинити своє виконання),
2. після зміни умови отримати м'ютекс назад та бути оповіщеним (пробудженим).

Така функціональність реалізується за допомогою змінних умови (умовна змінна).

Технічно, умовна змінна є списком потоків, що очікують на дану умову. Поки потік очікує на умовну змінну, він не може зайняти монітор.

Єдиними операціями можливими над умовною змінною є: очікування та оповіщення.

Блокуюча умовна змінна — рання реалізація (реалізація Хоара), що при оповіщенні умовної змінної, негайно активізує очікуючий потік та віддає йому м'ютекс. Ця реалізація технічно складна, і її єдина перевага в тому, що оповіщений потік може бути впевненим, що умова ще чинна.

Неблокуюча умовна змінна — більш пізня реалізація (реалізація Mesa) дозволяє потоку, що оповіщує завершити метод монітора, а аж потім пробудити очікуючий потік. Це реалізація більш проста, але вона не гарантує чинності умови в момент пробудження потоку, оскільки умова могла після першої зміни знову змінитись. Тому, в коді очікування потрібно писати while test then wait(cv) замість if test do wait(cv).

Монітори підтримують мови програмування:

• Ada
• C#
• C++ починаючи з C++11
• D
• Delphi
• Java
• Python
• Ruby

• Java Monitors (lucid explanation)
• "Strategies for Implementing POSIX Condition Variables on Win32" by Douglas C. Schmidt and Irfan Pyarali
• http://en.cppreference.com/w/cpp/thread/condition_variable
• http://msdn.microsoft.com/en-us/library/system.threading.monitor.aspx
• http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ms682052.aspx