201521123027 <java程序设计>第11周学习总结

1.本周学习总结

1.1 以你喜欢的方式（思维导图或其他）归纳总结多线程相关内容。

2.书面作业

1.互斥访问与同步访问
完成题集4-4(互斥访问)与4-5(同步访问)
1.1 除了使用synchronized修饰方法实现互斥同步访问，还有什么办法实现互斥同步访问（请出现相关代码）？

可以使用Lock对象和Condition对象来实现互斥同步访问。（注意使用Lock对象时一定要unlock）
//201521123027
	public  void deposit(int money){
		Lock.lock();
		try{
			setBalance(this.balance+money);
		}finally{
			Lock.unlock();
		}
	}
	
	public  void withdraw(int money){
		Lock.lock();
		try{
			try{
				while(this.getBalance()<=0){
	                condition.await();
	                condition.signal();
				}
			}catch(Exception e){
				System.out.println(e);
			}
			setBalance(this.balance-money);
			if(balance<0) 
			throw new IllegalStateException(balance+"");
		}finally{
			Lock.unlock();
		}
	}

1.2 同步代码块与同步方法有何区别？

（1）同步方法, 即有synchronized关键字修饰的方法。由于java的每个对象都有一个内置锁，当用此关键字修饰方法时,内置锁会保护整个方法。在调用该方法前，需要获得内置锁，否则就处于阻塞状态。
（2）同步代码块，即有synchronized关键字修饰的语句块。被该关键字修饰的语句块会自动被加上内置锁，从而实现同步。

实现同步是一种高开销的操作，所以一般使用同步代码块比使用同步方法效率更高一点。

1.3 实现互斥访问的原理是什么？请使用对象锁概念并结合相应的代码块进行说明。当程序执行synchronized同步代码块或者同步方法时，线程的状态是怎么变化的？

实现互斥访问的原理：每一个对象都有一个监视器锁，当线程获取到此对象的监视器锁的所有权时，此监视器锁就会被锁定，不能在被其他线程所占用，直到此线程执行完毕，监视器锁将释放，其他线程才能再次争夺监视器锁的所有权。例如：
class Counter {
	private static int id = 0;

	public synchronized static void addId() {
		id++;
	}

	public synchronized static void subtractId() {
		id--;
	}

	public static int getId() {
		return id;
	}
}
在这段代码中，线程1获得对象的监视器锁的所有权，获得id的值为0,然后执行addId(),id自增，此时id的值变为1，线程1执行完毕，id的监视器锁释放；线程2会获得id的监视器锁的所有权，获得id的值为1，然后执行subtractId()，id自减，此时id的值变为0，线程2执行完毕，id的监视器锁释放。所有线程执行完毕后输出id的值为0。

线程的状态变化：多个线程运行—>多个线程竞争对象的监视器锁—>一个线程获得监视器锁的所有权，运行，其余线程等待—>一个线程结束，其余线程可竞争对象监视器锁—>直到所有线程运行结束输出结果

1.4 Java多线程中使用什么关键字实现线程之间的通信，进而实现线程的协同工作？为什么同步访问一般都要放到synchronized方法或者代码块中？

wait()、notify()/notifyAll()实现了线程之间的协同工作；
当多个线程同时工作时，若没有将同步访问一般都要放到synchronized方法或者代码块中，线程之间会因为争夺同一个资源导致发生冲突，线程运行会出现混乱，最后结果会出现错误。

2.交替执行
2.1实验总结

（1）使用.split（" "）方法存储字符串；
（2）每个方法都需要用synchronized关键字修饰；
（3）线程之间的合作需要使用wait()、notify()函数；.
（4）线程的交替运行需要通过对数组下标进行奇偶判断，若为偶数，则唤醒worker1，worker2进入wait队列，若为奇数，则唤醒worker2，worker1进入wait队列；
（5）输出格式：System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"finish"+a[i]); 。

3.互斥访问
3.1 修改TestUnSynchronizedThread.java源代码使其可以同步访问。(关键代码截图，需出现学号)

此题只需加上synchronized关键字即可
//201521123027
class Counter {
	private static int id = 0;

	public synchronized static void addId() {
		id++;
	}

	public synchronized static void subtractId() {
		id--;
	}

	public static int getId() {
		return id;
	}
}

结果截图：

3.2 进一步使用执行器改进相应代码(关键代码截图，需出现学号)

使用invokeAll方法。网上搜索得知invokeAll方法有两种格式：（1）invokeAll(tasks) 批量提交不限时任务； （2）invokeAll(tasks, timeout, unit) 批量提交限时任务。这里采用的是第一种格式。使用两个for循环，循环次数要相等，这样可以保证实现加、减的线程运行次数相同且同步，输出结果为0。

//201521123027
public class TestUnSynchronizedThread {
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		// TODO Auto-generated method stub

		ArrayList<Callable<Object>> tasks=new ArrayList<>();
		ExecutorService executor =(ExecutorService)Executors.newCachedThreadPool();
		for(int i=0;i<3;i++){  
           tasks.add(Executors.callable(new Adder()));
        }  
		
		for(int i=0;i<3;i++){  
	       tasks.add(Executors.callable(new Subtracter()));
	    }  
		
		executor.invokeAll(tasks);
		System.out.println(Counter.getId());
		System.out.println("main end");
	}
}

参考资料:Java多线程之Executor、ExecutorService、Executors、Callable、Future与FutureTask

4.线程间的合作：生产者消费者问题
4.1 运行MyProducerConsumerTest.java。正常运行结果应该是仓库还剩0个货物。多运行几次，观察结果，并回答：结果正常吗？哪里不正常？为什么？

结果不正常，运行多次代码发现每次代码运行结果并不一定相同，有时候结果还会为仓库还剩10个货物。因为生产者和消费者的存取速度不同，没有做到线程间的同步，所以会出现以下问题：（1）生产者比消费者快时，消费者来不及取数据； （2）消费者比生产者快时，消费者可能取不到数据。

4.2 使用synchronized, wait, notify解决该问题(关键代码截图，需出现学号)

//201521123027
	public synchronized void add(String t){
		try{
			while(repo.size() >= capacity){
				wait();
				System.out.println("仓库已满!无法添加货物。");
			}
		}catch(Exception e){
			System.out.println(e);
		}
		repo.add(t);
		notifyAll();
	}
	
	public synchronized void remove(){
		try{
			while(repo.size() <= 0){
				wait();
				System.out.println("仓库无货！无法从仓库取货");
			}
		}catch(Exception e){
			System.out.println(e);
		}
		repo.remove(0);
		notifyAll();
	}

5.查询资料回答：什么是线程安全？(用自己的话与代码总结，写自己看的懂的作业)

线程安全就是说多个线程访问同一段代码时不会出现不确定的结果。要想实现线程安全就要实现线程同步，此时就要使用到synchronized关键字，synchronized关键字保证了同一段代码同时只有一个线程在操作。如果一段代码每次多线程运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。例如：
class Counter {
	private static int id = 0;

	public synchronized static void addId() {
		id++;
	}

	public synchronized static void subtractId() {
		id--;
	}

	public static int getId() {
		return id;
	}
}
因为这段代码每一次的运行结果都是0，所以就可以说这段代码时线程安全的。

3.码云上代码提交记录

3.1码云代码提交记录

3.2截图PTA提交记录