Что такое мьютекс и чем он отличается от монитора?

Что такое мьютекс?

Мьютекс (от mutual exclusion) — это простейший примитив синхронизации, который гарантирует, что только один поток может выполнять критическую секцию кода в любой момент времени. Он работает как замок: поток, который хочет получить доступ к общему ресурсу, должен сначала захватить мьютекс. Если мьютекс уже захвачен другим потоком, новый поток блокируется до его освобождения.

Что такое монитор?

Монитор — это более сложная конструкция, которая включает в себя мьютекс, условные переменные и защищаемые данные. Он предоставляет высокоуровневый интерфейс для синхронизации, позволяя потокам не только взаимно исключать доступ, но и ждать определенных условий. Например, в Java каждый объект имеет встроенный монитор, который используется с ключевым словом synchronized.

Основные различия

• Уровень абстракции: Мьютекс — низкоуровневый примитив, монитор — высокоуровневый.
• Условные переменные: Монитор включает условные переменные для ожидания и уведомления, мьютекс — нет.
• Использование: Мьютекс часто используется в C/C++ (pthread_mutex), монитор — в Java, C# (lock statement).

Пример на Java (монитор)

public class SharedResource {
    private int value;
    private boolean available = false;

    public synchronized void produce(int v) throws InterruptedException {
        while (available) wait();
        value = v;
        available = true;
        notify();
    }

    public synchronized int consume() throws InterruptedException {
        while (!available) wait();
        available = false;
        notify();
        return value;
    }
}

Пример на C (мьютекс)

#include <pthread.h>

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int shared_data;

void* thread_func(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    shared_data++; // критическая секция
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return NULL;
}

Вывод: Мьютекс подходит для простых случаев взаимного исключения, когда не требуется ожидание условий. Монитор удобен для сложных сценариев синхронизации, таких как producer-consumer, где потоки должны ждать определенных состояний данных.