201871010121-王方-《面向对象程序设计java》第十六周学习总结

2023-01-08 12:42:08

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这个作业属于哪个课程

https://www.cnblogs.com/nwnu-daizh

这个作业的要求在哪里

https://www.cnblogs.com/nwnu-daizh/p/12073034.html

 

 作业学习目标

(1) 理解和掌握线程的优先级属性及调度方法；

(2) 掌握线程同步的概念及实现技术；

(3) Java线程综合编程练习

 

第一部分：总结线程同步技术

一、synchronized关键字 在Java语言中，每个对象都有一个对象锁与之相关联，该锁表明对象在任何时候只允许被一个线程锁拥有，当一个线程调用对象的一段synchronized代码时，需要先获取这个锁，然后去执行相应的代码，执行结束之后，释放锁。 而synchronized关键字主要有两种用法：synchronized方法和synchronized块。此外，这个关键字还可以作用于静态方法、类或者某个实例，但这都对程序的效率有很大的影响。 1.synchronized方法。在方法的声明前主要有synchronized关键字，示例如下：

 public synchronized void mutiThreadAccess（）；

只要把多个线程对类需要被同步的资源的操作放到mutiThreadAccess()方法中，就能保证这个方法在同一时刻只能被同一个线程访问，从而保证了多线程访问的安全性。然而，当一个方法的方法体规模非常大时，把该方法声明为synchronized会大大影响程序的执行效率。为了提高程序的效率，Java提供了synchronized块。

 2.synchronized块

 synchronized块既可以把任意的代码段声明为synchronized，也可以指定上锁的对象。其用法如下：

synchronized（syncObject）{

   //访问synchObject的代码
}
二、wait()方法与notify()方法 当使用synchronized来修饰某个共享资源时，如果线程A1在执行synchronized代码，另一个线程A2也要同时执行同一个对象的同一synchronized代码时，线程A2将要等到线程A1执行完成之后，才能继续执行。在这种情况下可以使用wait()方法和notify()方法。 在synchronized代码被执行期间，线程可以调用对象的wait()方法，释放对象锁，进入等待状态，并且可以调用notify()方法或者notifyAll()方法通知正在等待的其他线程。notify()方法仅唤醒一个线程（即等待队列中的第一个线程），并允许它去获得锁，notifyAll()方法唤醒所有等待这个对象的线程并允许他们去获得锁，但并不是让所有唤醒线程都去获取到锁，而是让他们去竞争。
三、Lock JDK5新增加了Lock接口以及它的一个实现类ReentrantLock(重入锁)，Lock也可以用来实现多线程的同步。具体而言，它提供了如下一些方法来实现多线程的同步： 1.lock()。 这个方法以阻塞的方式获取锁，也就是说，如果获取到锁了，立即返回；如果别的线程持有锁，当前线程就等待，知道获取到锁之后返回。 2.tryLock()。 这个方法与lock()方法不同，它以非阻塞的方式来获取锁。此外，它只是常识性地去获取一下锁，如果获取到了锁，立即返回true，否则立即返回false。 3.tryLock(long timeout,TimeUnit unit) 如果获取到锁，立即返回true，否则会等待参数给定的时间单元，在等待的过程中，如果获取到了锁，就返回true，如果等待超时则返回false。 4.lockInterruptibly() 如果获取了锁，立即返回；如果没有获取到锁，当前线程处于休眠状态，直到获取到锁，或者当前线程被别的线程中断（会受到InterruptedException异常）。它与lock()方法最大的区别在于如果lock()方法获取不到锁就会一直处于阻塞状态，而且还会忽略interrupt（）方法。
示例为： 
package javatest; 
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
    public class LockTest {     
    public static void main(String[] args)throws InterruptedException {        
// TODO Auto-generated method stub        
    final Lock lock=new ReentrantLock();        
    lock.lock();        
    Thread t1=new Thread(new Runnable() {            
    public void run() {                
       try {                    
         lock.lockInterruptibly();                
         }
         catch(InterruptedException e)                
        {                             
            System.out.println("interrupted");                
         }            
       }        
 });        
       t1.start();        
       t1.interrupt();        
       Thread.sleep(1);    
}
}

如果把lock.lockInterruptibly()替换为lock.lock（），编译器将会提示lock.lock()catch代码块无效，这是因为lock.lock（）不会抛出异常，由此可见lock()方法会忽略interrupt()引发的异常。

 第二部分：实验总结

实验1：测试程序并进行代码注释。

测试程序1：

l 在Elipse环境下调试教材651页程序14-7，结合程序运行结果理解程序；

l 掌握利用锁对象和条件对象实现的多线程同步技术。

程序源代码为：

synch 

package synch;

import java.util.*;
import java.util.concurrent.locks.*;

/**
 * A bank with a number of bank accounts that uses locks for serializing access.
 * @version 1.30 2004-08-01
 * @author Cay Horstmann
 */
public class Bank
{
   private final double[] accounts;
   private Lock bankLock;//加锁
   private Condition sufficientFunds;//有效条件

   /**
    * Constructs the bank.
    * @param n the number of accounts
    * @param initialBalance the initial balance for each account
    */
   public Bank(int n, double initialBalance)
   {
      accounts = new double[n];
      Arrays.fill(accounts, initialBalance);
      bankLock = new ReentrantLock();
      sufficientFunds = bankLock.newCondition();
   }

   /**
    * Transfers money from one account to another.
    * @param from the account to transfer from
    * @param to the account to transfer to
    * @param amount the amount to transfer
    */
   public void transfer(int from, int to, double amount) throws InterruptedException
   {
      bankLock.lock();//调用锁
      try
      {
         while (accounts[from] < amount)//当 账户总余额大于转出金额
            sufficientFunds.await();//调用await将该线程放入等待集中
         System.out.print(Thread.currentThread());
         accounts[from] -= amount;
         System.out.printf(" %10.2f from %d to %d", amount, from, to);
         accounts[to] += amount;
         System.out.printf(" Total Balance: %10.2f%n", getTotalBalance());
         sufficientFunds.signalAll();//调用signalAll解除等待集中的所有线程的阻塞状态
      }
      finally
      {
         bankLock.unlock();//解锁
      }
   }

   /**
    * Gets the sum of all account balances.
    * @return the total balance
    */
   public double getTotalBalance()
   {
      bankLock.lock();
      try
      {
         double sum = 0;

         for (double a : accounts)
            sum += a;

         return sum;
      }
      finally
      {
         bankLock.unlock();
      }
   }

   /**
    * Gets the number of accounts in the bank.
    * @return the number of accounts
    */
   public int size()
   {
      return accounts.length;
   }
}

 

package synch;

/**
 * This program shows how multiple threads can safely access a data structure.
 * @version 1.31 2015-06-21
 * @author Cay Horstmann
 */
public class SynchBankTest
{
   public static final int NACCOUNTS = 100;
   public static final double INITIAL_BALANCE = 1000;
   public static final double MAX_AMOUNT = 1000;
   public static final int DELAY = 10;
   
   public static void main(String[] args)
   {
      Bank bank = new Bank(NACCOUNTS, INITIAL_BALANCE);
      for (int i = 0; i < NACCOUNTS; i++)
      {
         int fromAccount = i;
         Runnable r = () -> {
            try
            {
               while (true)
               {
                  int toAccount = (int) (bank.size() * Math.random());
                  double amount = MAX_AMOUNT * Math.random();
                  bank.transfer(fromAccount, toAccount, amount);
                  Thread.sleep((int) (DELAY * Math.random()));//调用sleep，随机
               }
            }
            catch (InterruptedException e)//抛出异常
            {
            }            
         };
         Thread t = new Thread(r);//建立Thread类对象
         t.start();//启动线程
      }
   }
}

 实验输出结果截图为：

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 测试程序2：

l 在Elipse环境下调试教材655页程序14-8，结合程序运行结果理解程序；

l 掌握synchronized在多线程同步中的应用。

 程序源代码为：

 

package synch2;

import java.util.*;

/**
 * A bank with a number of bank accounts that uses synchronization primitives.
 * @version 1.30 2004-08-01
 * @author Cay Horstmann
 */
public class Bank
{
   private final double[] accounts;

   /**
    * Constructs the bank.
    * @param n the number of accounts
    * @param initialBalance the initial balance for each account
    */
   public Bank(int n, double initialBalance)
   {
      accounts = new double[n];
      Arrays.fill(accounts, initialBalance);
   }

   /**
    * Transfers money from one account to another.
    * @param from the account to transfer from
    * @param to the account to transfer to
    * @param amount the amount to transfer
    */
   public synchronized void transfer(int from, int to, double amount) throws InterruptedException
   {
      while (accounts[from] < amount)
         wait();//线程进入等待状态直到被通知
      System.out.print(Thread.currentThread());
      accounts[from] -= amount;//输出额
      System.out.printf(" %10.2f from %d to %d", amount, from, to);
      accounts[to] += amount;//输入额
      System.out.printf(" Total Balance: %10.2f%n", getTotalBalance());
      notifyAll();//解除调用wait方法的线程的阻塞状态
   }

   /**
    * Gets the sum of all account balances.
    * @return the total balance
    */
   public synchronized double getTotalBalance()
   {
      double sum = 0;

      for (double a : accounts)
         sum += a;

      return sum;
   }

   /**
    * Gets the number of accounts in the bank.
    * @return the number of accounts
    */
   public int size()
   {
      return accounts.length;
   }
}

 

package synch2;

/**
 * This program shows how multiple threads can safely access a data structure,
 * using synchronized methods.
 * @version 1.31 2015-06-21
 * @author Cay Horstmann
 */
public class SynchBankTest2
{
   public static final int NACCOUNTS = 100;
   public static final double INITIAL_BALANCE = 1000;
   public static final double MAX_AMOUNT = 1000;
   public static final int DELAY = 10;

   public static void main(String[] args)
   {
      Bank bank = new Bank(NACCOUNTS, INITIAL_BALANCE);
      for (int i = 0; i < NACCOUNTS; i++)
      {
         int fromAccount = i;
         Runnable r = () -> {
            try
            {
               while (true)
               {
                  int toAccount = (int) (bank.size() * Math.random());
                  double amount = MAX_AMOUNT * Math.random();
                  bank.transfer(fromAccount, toAccount, amount);
                  Thread.sleep((int) (DELAY * Math.random()));
               }
            }
            catch (InterruptedException e)
            {
            }
         };//排队等待/阻塞
         Thread t = new Thread(r);//新建线程
         t.start();//启动线程
      }
   }
}

 实验输出结果截图为：

201871010121-王方-《面向对象程序设计java》第十六周学习总结

 

 测试程序3：

l 在Elipse环境下运行以下程序，结合程序运行结果分析程序存在问题；

尝试解决下列程序中的问题

 

class Cbank
{
     private static int s=2000;
     public   static void sub(int m)
     {
           int temp=s;
           temp=temp-m;
          try {
     Thread.sleep((int)(1000*Math.random()));
   }
           catch (InterruptedException e)  {              }
          s=temp;
          System.out.println("s="+s);
  }
}
 
 
class Customer extends Thread
{
  public void run()
  {
   for( int i=1; i<=4; i++)
     Cbank.sub(100);
    }
 }
public class Thread3
{
 public static void main(String args[])
  {
   Customer customer1 = new Customer();
   Customer customer2 = new Customer();
   customer1.start();
   customer2.start();
  }
}

 实验代码为：

package wf;
class Cbank

{

     private static int s=2000;

     public   static void sub(int m)

     {

           int temp=s;

           temp=temp-m;

          try {

     Thread.sleep((int)(1000*Math.random()));

   }

           catch (InterruptedException e)  {             
 }

          s=temp;

          System.out.println("s="+s);

  }

}



class Customer extends Thread

{

  public void run()

  {

   for( int i=1; i<=4; i++)

     Cbank.sub(100);

    }

 }

public class Thread3

{

 public static void main(String args[])

  {

   Customer customer1 = new Customer();

   Customer customer2 = new Customer();

   customer1.start();

   customer2.start();

  }

}

实验输出结果截图为：

201871010121-王方-《面向对象程序设计java》第十六周学习总结

 

 程序修改代码后为：

package wf;
class Cbank
{
     private static int s=2000;
     public  synchronized  static void sub(int m)
     {
           int temp=s;
           temp=temp-m;
          try {
                 Thread.sleep((int)(1000*Math.random()));
               }
           catch (InterruptedException e)  {              }
              s=temp;
              System.out.println("s="+s);
          }
    }


class Customer extends Thread
{
  public void run()
  {
   for( int i=1; i<=4; i++)
     Cbank.sub(100);
    }
 }
public class Thread3
{
 public static void main(String args[])
  {
   Customer customer1 = new Customer();
   Customer customer2 = new Customer();
   customer1.start();
   customer2.start();
  }
}

实验输出结果截图为：

201871010121-王方-《面向对象程序设计java》第十六周学习总结

 

 

实验2 编程练习

利用多线程及同步方法，编写一个程序模拟火车票售票系统，共3个窗口，卖10张票，程序输出结果类似（程序输出不唯一，可以是其他类似结果）。

Thread-0窗口售：第1张票

Thread-0窗口售：第2张票

Thread-1窗口售：第3张票

Thread-2窗口售：第4张票

Thread-2窗口售：第5张票

Thread-1窗口售：第6张票

Thread-0窗口售：第7张票

Thread-2窗口售：第8张票

Thread-1窗口售：第9张票

Thread-0窗口售：第10张票

实验代码为：

package wf;

import java.nio.charset.MalformedInputException;

public class w {
    public  static void main(String[] args)
    {
        Mythread mythread=  new  Mythread();
        Thread t1 = new Thread(mythread);
        Thread t2 = new Thread(mythread);
        Thread t3 = new Thread(mythread);
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        
    }
    
    
}

class Mythread implements Runnable{
    
    int t=1;
    boolean flag=true;
     
    public void run() {
        
        while(flag) {
            try {
                
                 Thread.sleep(500);
                  }
            catch (InterruptedException e)
            {
                e.printStackTrace();
            }            
            
            
            
             synchronized  (this) {
            
            if(t<=10){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"窗口售:第"+t+"张票");
                t++;
            }
            if(t>10){
              flag=false;    
            }
            
        }
        
    }
}
}

实验输出结果截图为：

201871010121-王方-《面向对象程序设计java》第十六周学习总结

 

 

201871010121-王方-《面向对象程序设计java》第十六周学习总结

 第三部分 实验总结

     这周是我们上的最后一节java课，也预示着一学期的Java课结束了，但是课堂上的我们还是没有丝毫松懈。这周我们主要还是学习了有关线程方面更加重要的知识。有关线程并发执行中可能出现的各种问题，比如当有两个或者两个以上的线程共享某个对象，每个线程都调用了改变该对象类状态的方法时会初心什么情况。就这个问题，老师给我们展开了详细的解说。正如老师说的“这些问题都是我们在使用计算机的过程中真实会发生的情况”所以掌握这些知识是极其重要的。对于我个人而言，我觉得这节课掌握的相对较好的知识点是有关线程的状态这个方面，而且在这些知识点上老师通过图表讲解的非常详细。我以后也会继续好好学习Java相关知识。

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