管程的概念
管程 (英语：Moniters，也称为监视器) 是一种程序结构，结构内的多个子程序（对象或模块）形成的多个工作线程互斥访问共享资源。
这些共享资源一般是硬件设备或一群变量。管程实现了在一个时间点，最多只有一个线程在执行管程的某个子程序。
与那些通过修改数据结构实现互斥访问的并发程序设计相比，管程实现很大程度上简化了程序设计。
管程提供了一种机制，线程可以临时放弃互斥访问，等待某些条件得到满足后，重新获得执行权恢复它的互斥访问。
一个管程包含:
- 多个彼此可以交互并共用资源的线程
- 多个与资源使用有关的变量
- 一个互斥锁
- 一个用来避免竞态条件的不变量
一个管程的程序在运行一个线程前会先取得互斥锁，直到完成线程或是线程等待某个条件被满足才会放弃互斥锁。
若每个执行中的线程在放弃互斥锁之前都能保证不变量成立，则所有线程皆不会导致竞态条件成立。
当一个线程执行管程中的一个子程序时，称为占用(occupy)该管程. 管程的实现确保了在一个时间点，最多只有一个线程占用了该管程。这是管程的互斥锁访问性质。
当线程要调用一个定义在管程中的子程序时，必须等到已经没有其它线程在执行管程中的某个子程序。
在管程的简单实现中，编译器为每个管程对象自动加入一把私有的互斥锁。该互斥锁初始状态为解锁，
在管程的每个公共子程序的入口给该互斥锁加锁，在管程的每个公共子程序的出口给该互斥锁解锁。
条件变量(Condition Variable)
管程提供了一种实现互斥的简便途径，但这还不够。我们还需要一种办法使得线程在无法继续运行时被阻塞。
在生产者-消费者问题中，很容易将针对缓冲区满和缓冲区空的测试放到管程过程中，但是生产者在发现缓冲区满的时候如何阻塞呢？
解决的方法是引入条件变量（condition variables）以及相关的两个操作：wait和signal。
当一个管程过程发现它无法继续运行时（例如，生产者发现缓冲区满），它会在某个条件变量上（如full）执行wait操作。
该操作导致调用进程自身阻塞，并且还将另一个以前等在管程之外的进程调入管程。
另一个线程，比如消费者，可以唤醒正在睡眠的伙伴进程，这可以通过对其伙伴正在等待的一个条件变量执行signal完成。
为了避免管程中同时有两个活跃进程，如果在一个条件变量上有若干进程正在等待，则在对该条件变量执行signal操作后，
系统调度程序只能在其中选择一个使其恢复运行。
线程可能需要等待某个条件P为真，才能继续执行。在一个忙等待(busy waiting)循环中
while not( P ) do skip
将会导致所有其它进程都无法进入临界区使得该条件P为真，该管程发生死锁.
解决办法是条件变量(condition variables). 概念上，一个条件变量就是一个线程队列(queue), 其中的线程正等待某个条件变为真。
每个条件变量c关联着一个断言P_c. 当一个线程等待一个条件变量，该线程不算作占用了该管程，因而其它线程可以进入该管程执行，
改变管程的状态，通知条件变量c其关联的断言P_c在当前状态下为真.
因此对条件变量存在两种主要操作:
wait c 被一个线程调用，以等待断言P_c被满足后该线程可恢复执行. 线程挂在该条件变量上等待时，不被认为是占用了管程.
signal c (有时写作notify c)被一个线程调用，以指出断言P_c现在为真.
当一个通知(signal)发给了一个有线程处于等待中的条件变量，则有至少两个线程将要占用该管程: 发出通知的线程与等待该通知的某个线程.
只能有一个线程占用该管程，因此必须做出选择。两种理论体系导致了两种不同的条件变量的实现:
阻塞式条件变量(Blocking condition variables)，把优先级给了被通知的线程.
非阻塞式条件变量(Nonblocking condition variables)，把优先级给了发出通知的线程.
隐式条件变量管程
Java程序设计语言中，每个对象都可以作为一个管程。需要互斥使用的方法必须明确标示关键字synchronized. 代码块也可以标示关键字synchronized.
不使用明确的条件变量, Java的这种管程在入口队列之外，使用单独的条件等待队列. 所有等待的线程进入这个队列，
所有的notify与notify all操作也施加于这个队列。这种方法已经被其它程序设计语言使用，如C#.
Java中的同步方法与其他经典管程有本质差别：Java没有内嵌的条件变量。反之，Java提供了两个过程wait和notify ，分别与sleep和wakeup等价，
不过，当它们在同步方法中使用时，它们不受竞争条件约束。理论上，方法wait可以被中断，它本身就是与中断有关的代码。Java需要显式表示异常处理。在下文中，只要认为go_to_sleep就是去睡眠即可。
java管程解决生产者-消费者问题
外部类（outer class）ProducerConsumer创建并启动两个线程，p和c。第二个类和第三个类producer和consumer分别包含生产者和消费者的代码。
最后，类our_monitor是管程，它有两个同步线程，用于在共享缓冲区中插入和取出数据项。
public class ProducerConsumer {
static final int N = 100;// 定义缓冲区大小的常量
static Producer p = new Producer();// 初始化一个新的生产者线程
static Consumer c = new Consumer();// 初始化一个新的消费者线程
static Our_monitor mon = new Our_monitor();// 初始化一个新的管程
public static void main(String[] args) {
p.start();// 生产者启动
c.start();// 消费者启动
}
static class Producer extends Thread {
public void run() {// 线程运行主代码
int item;
while (true) {// 生产者循环
item = produce_item();
mon.insert(item);
}
}
private int produce_item() {
System.out.println("生产了1个");
return 1;
}// 实际生产
}
static class Consumer extends Thread {
public void run() {// 线程运行主代码
int item;
while (true) {// 消费者循环
item = mon.remove();
consume_item(item);
}
}
private void consume_item(int item) {
System.out.println("消费了1个");
}// 实际消费
}
static class Our_monitor {// 管程
private int buffer[] = new int[N];
private int count = 0, lo = 0, hi = 0;// 计数器和索引
public synchronized void insert(int val) {
if (count == N)
go_to_sleep();// 若缓冲区满，则进入睡眠
buffer[hi] = val;// 向缓冲区中插入一个新的数据项
hi = (hi + 1) % N;// 设置下一个数据项的槽
count = count + 1;// 缓冲区的数据项又多了一项
if (count == 1)
notify();// 如果消费者在休眠，则将其唤醒
}
public synchronized int remove() {
int val;
if (count == 0)
go_to_sleep();// 如果缓冲区空，进入休眠
val = buffer[lo];// 从缓冲区中取出一个数据项
lo = (lo + 1) % N;// 设置待取数据项的槽
count = count - 1;// 缓冲区的数据数目减少1
if (count == N - 1)
notify();// 如果生产者正在休眠，则将其唤醒
return val;
}
private void go_to_sleep() {
try {wait();} catch (InterruptedException exc) {};
}
}
}
该程序中比较意思的部分是类our_monitor，它包含缓冲区、管理变量以及两个同步方法。当生产者在insert内活动时，它确信消费者不能在remove中活动，从而保证更新变量和缓冲区的安全，且不用担心竞争条件。变量count记录在缓冲区中数据项的数量。它的取值可以取从0到N-1之间任何值。变量lo是缓冲区槽的序号，指出将要取出的下一个数据项。类似地，hi是缓冲区中下一个将要放入的数据项序号。允许 lo = hi，其含义是在缓冲区中有0个或N个数据项。count的值说明了究竟是哪一种情形。
参考文献：
http://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E7%9B%A3%E8%A6%96%E5%99%A8_(%E7%A8%8B%E5%BA%8F%E5%90%8C%E6%AD%A5%E5%8C%96)
现代操作系统