1、实验目的与要求
(1) 掌握线程同步的概念及实现技术；
(2) 线程综合编程练习
2、实验内容和步骤
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。
package synch;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.locks.*;
/**
* 有许多银行账户的银行，它使用锁来序列化访问
* @version 1.30 2004-08-01
* @author Cay Horstmann
*/
public class Bank
{
private final double[] accounts;
private Lock bankLock;
private Condition sufficientFunds;
/**
* 建造银行
* @param n 帐户数量
* @param initialBalance 每个帐户的初始余额
*/
public Bank(int n, double initialBalance)
{
accounts = new double[n];
Arrays.fill(accounts, initialBalance);//将initialBalance分配给accounts数组的每个元素。
bankLock = new ReentrantLock();
sufficientFunds = bankLock.newCondition();//返回绑定到此 Lock 实例的新 Condition 实例
}
/**
* 将资金从一个帐户转移到另一个帐户
* @param from 帐户转帐来自
* @param to 帐户转帐到
* @param amount 转账金额
*/
public void transfer(int from, int to, double amount) throws InterruptedException
{
bankLock.lock();
try
{
while (accounts[from] < amount)
sufficientFunds.await();//将该线程放在条件的等待集中
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();//唤醒所有等待线程
}
finally
{
bankLock.unlock();
}
}
/**
* 获取所有帐户余额的总和
* @return 总余额
*/
public double getTotalBalance()
{
bankLock.lock();
try
{
double sum = 0;
for (double a : accounts)
sum += a;
return sum;
}
finally
{
bankLock.unlock();
}
}
/**
* 获取银行中的帐户数量
* @return 帐户数量
*/
public int size()
{
return accounts.length;
}
}
Bank
实验结果：
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。
实验结果：
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；
l 尝试解决程序中存在问题。
|
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(); } } |
修改后的代码：
package a;
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
代码：
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
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 x = 1;
boolean f = true;
public void run() {
while (f) {
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
synchronized (this) {
if (x <= 10) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "窗口售：第" + x + "张票");
x++;
} else
f = false;
}
}
}
}
Demo
结果：
本周学习总结：
5、线程的创建和启动
A、[重点]继承Thread类或实现Runnable接口，重写或实现run方法，run方法代表线程要完成的任务
B、创建Thread子类或是Runnable的实现类，即创建的线程对象；不同的是接口实现线程，
需要将接口的实现类作为参数传递给Thread类的构造参数
C、用线程对象的start方法启动线程
6、继承Thread和实现Runnable接口创建线程的区别
采用Runnable接口实现线程：
优势：
A、线程类只是实现了Runnable接口，还可以继承其他的类
B、在这种方式下，可以多个线程共享同一个目标对象，所以很合适多个线程来处理同一份资源的情况，
从而可以将CPU、代码和数据分开，形成清晰的模型，较好的面相对象思想。
劣势：编程稍微复杂，如果需要访问当前线程需要用Thread.currentThread方法来获取
采用继承Thread类的方式实现线程：
优势：编写简单，如果要获得当前线程直接this即可
劣势：线程类继承了Thread，不能在继承其他类
相对而言，用Runnable的方式更好，具体可以根据当前需要而定；
7、线程生命周期
线程被创建启动后，不并不是启动后就进入了执行状态，也不是一直处于的执行状态。
线程的生命周期分为创建（new）、就绪（Runnable）、运行（running）、阻塞（Blocked）、死亡（Dead）五种状态。
线程启动后不会一直霸占CPU资源，所以CPU需要在多条线程中切换执行，线程就会在多次的运行和阻塞中切换。
8、新建（new）和就绪（Runnable）状态
当new一个线程后，该线程处于新建状态，此时它和Java对象一样，仅仅由Java虚拟机为其分配内存空间，并初始化成员变量。
此时线程对象没有表现出任何的动态特征，程序也不会执行线程的执行体。
注意：run方法是线程的执行体，不能由我们手动调用。我们可以用start方法启动线程，系统会把run方法当成线程的执行体来运行，
如果直接调用线程对象run方法，则run方法立即会被运行。而且在run方法返回之前其他线程无法并行执行，
也就是说系统会把当前线程类当成一个普通的Java对象，而run方法也是一个普通的方法，而不是线程的执行体。
9、运行（running）和阻塞（Blocked）状态
如果处于就绪状态的线程就获得了CPU，开始执行run方法的线程执行体，则该线程处于运行状态。
单CPU的机器，任何时刻只有一条线程处于运行状态。当然，在多CPU机器上将会有多线程并行（parallel）执行，
当线程大于CPU数量时，依然会在同一个CPU上切换执行。
线程运行机制：一个线程运行后，它不可能一直处于运行状态（除非它执行的时间很短，瞬间执行完成），线程在运行过程中需要中断，
目的是让其他的线程有运行机会，线程的调度取决于底层的策略。对应抢占式的系统而言，系统会给每个可执行的线程一个小时间段来处理任务，
当时间段到达系统就会剥夺该线程的资源，让其他的线程有运行的机会。在选择下一个线程时，系统会考虑线程优先级。
以下情况会出现线程阻塞状态：
A、线程调用sleep方法，主动放弃占用的处理器资源
B、线程调用了阻塞式IO方法，在该方法返回前，该线程被阻塞
C、线程试图获得一个同步监视器，但该同步监视器正被其他线程所持有。
D、线程等待某个通知（notify）
E、程序调用了suspend方法将该线程挂起。不过这个方法容易导致死锁，尽量不免使用该方法
当线程被阻塞后，其他线程将有机会执行。被阻塞的线程会在合适的时候重新进入就绪状态，注意是就绪状态不是运行状态。
也就是被阻塞线程在阻塞解除后，必须重新等待线程调度器再次调用它。
针对上面线程阻塞的情况，发生以下特定的情况可以解除阻塞，让进程进入就绪状态：
A、调用sleep方法的经过了指定的休眠时间
B、线程调用的阻塞IO已经返回，阻塞方法执行完毕
C、线程成功获得了试图同步的监视器
D、线程正在等待某个通知，其他线程发出了通知
E、处于挂起状态的线程调用了resume恢复方法
线程从阻塞状态只能进入就绪状态，无法进入运行状态。而就绪和运行状态之间的转换通常不受程序控制，而是由系统调度所致的。
当就绪状态的线程获得资源时，该线程进入运行状态；当运行状态的线程事情处理器资源时就进入了就绪状态。
但对调用了yield的方法就例外，此方法可以让运行状态转入就绪状态。
10、线程死亡（Dead）状态
线程会在以下方式进入死亡状态：
A、run方法执行完成，线程正常结束
B、线程抛出未捕获的异常或Error
C、直接调用该线程的stop方法来结束线程—该方法易导致死锁，注意使用
注意：当主线程结束的时候，其他线程不受任何影响。一旦子线程启动后，会拥有和主线程相同的地位，不受主线程影响。
isAlive方法可以测试当前线程是否死亡，当线程处于就绪、运行、阻塞状态，该方法返回true，如果线程处于新建或死亡状态就会返回false。
不要试图对死亡的线程调用start方法，来启动它。死亡线程不可能再次运行。
11、控制线程
Java线程提供了很多工具方法，这些方法都很好的控制线程
A、join线程
让一个线程等待另一个线程完成的方法。当某个程序执行流中调用其他线程的join方法时，调用线程将会被阻塞，直到被join方法的join线程执行完成为止。
join方法通常有使用线程的程序调用，将大问题划分成许多小问题。每个小问题分配一个线程。当所有的小问题得到处理后，再调用主线程进一步操作。
join有三种重载模式：
一、join等待被join的线程执行完成
二、join(long millis)等待被join的线程时间最长为millis毫秒，如果在millis毫秒外，被join的线程还没有执行完则不再等待
三、join(long millis, int nanos)被join的线程等待时间长为millis毫秒加上nanos微秒
通常我们很少用第三种join，原因有二：程序对时间的精度无需精确到千分之一毫秒
计算机硬件、操作系统也无法做到精确到千分之一毫秒
B、后台线程
有一种线程，在后台运行，它的任务是为其他线程提供服务，这种线程被称为“后台线程(Daemon Thread)”，有被称为“守护线程”或“精灵线程”。
JVM的垃圾回收器线程就是后台进程。
后台进程有个特征是：如果前台的进程都死亡，那么后台进程也死亡。（它为前台进程服务）
用Thread的setDaemon (true)方法可以指定当前线程为后台线程。
注意：前台线程执行完成死亡后，JVM会通知后台线程，后台线程就会死亡。但它得到通知到后台线程作成响应，需要一段时间，
而且要将某个线程设置为后台线程，必需要在该线程启动前设置，也就是说设置setDaemon必需在start方法前面调用。
否则会出现java.lang.IllegalThreadStateException异常
C、线程休眠sleep
如果需要当前线程暂停一段时间，并进入阻塞状态就需要用sleep，sleep有2中重载方式：
sleep(long millis)让当前线程暂停millis毫秒后，并进入阻塞状态，该方法受系统计时器和线程调度器的影响
sleep(long millis, int nanos)让当前正在执行的线程暂停millis毫秒+nanos微秒，并进入阻塞
当调用sleep方法进入阻塞状态后，在sleep时间段内，该线程不会获得执行机会，即使没有其他可运行的线程，处于sleep的线程不会执行。
D、线程让步yield
yield和sleep有点类似，它也可以让当前执行的线程暂停，但它不会阻塞线程，只是将该线程转入到就绪状态。
yield只是让当前线程暂停下，让系统线程调度器重新调度下。
当yield的线程后，当前线程暂停。系统线程调度器会让优先级相同或是更高的线程运行。
sleep和yield的区别
（1）、sleep方法暂停当前线程后，会给其他线程执行集合，不会理会线程的优先级。但yield则会给优先级相同或高优先级的线程执行机会
（2）、sleep方法会将线程转入阻塞状态，直到经过阻塞时间才会转入到就绪状态；而yield则不会将线程转入到阻塞状态，它只是强制当前线程进入就绪状态。
因此完全有可能调用yield方法暂停之后，立即再次获得处理器资源继续运行。
（3）、sleep声明抛出了InterruptedException异常，所以调用sleep方法时，要么捕获异常，要么抛出异常。而yield没有申明抛出任何异常
E、改变线程优先级
每个线程都有优先级，优先级决定线程的运行机会的多少。
每个线程默认和它创建的父类的优先级相同，main方法的优先级是普通优先级，那在main方法中创建的子线程都是普通优先级。
getPriority(int newPriority)/setPriority(int)
设置优先级有以下级别：
MAX_PRIORITY 值是10
MIN_PRIORITY 值是1
NORM_PRIORITY 值是5
范围是1-10；