201871010133-赵永军《面向对象程序设计（java）》第十七周学习总结

201871010133-赵永军《面向对象程序设计（java）》第十七周学习总结

项目	内容
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：理论部分

1、多线程并发执行中的问题

◆多个线程相对执行的顺序是不确定的。

◆线程执行顺序的不确定性会产生执行结果的不确定性。

◆在多线程对共享数据操作时常常会产生这种不确定性。

2、线程的同步

-多线程并发运行不确定性问题解决方案：引入线程同步机制，使得另一线程要使用该方法，就只能等待。

- 在Java中解决多线程同步问题的方法有两种：

- Java SE 5.0中引入ReentrantLock类

- 在共享内存的类方法前加synchronized修饰符。

……

public synchronized static void sub(int m)

……

（1）解决方案一：锁对象与条件对象

用ReentrantLock保护代码块的基本结构如下：

myLock.lock();

try {

     critical section

}

finally

{

     myLock.unlock(); 

}

有关锁对象和条件对象的关键要点:

➢ 锁用来保护代码片段，保证任何时刻只能有一个线程执行被保护的代码。

➢ 锁管理试图进入被保护代码段的线程。

➢ 锁可拥有一个或多个相关条件对象。
➢ 每个条件对象管理那些已经进入被保护的代码段但还不能运行的线程。

（2）解决方案二： synchronized关键字

synchronized关键字作用：

➢某个类内方法用synchronized 修饰后，该方法被称为同步方法；
➢只要某个线程正在访问同步方法，其他线程欲要访问同步方法就被阻塞，直至线程从同步方法返回前唤醒被阻塞线程，其他线程方可能进入同步方法。

3、在同步方法中使用wait()、notify 和notifyAll()方法

➢ 一个线程在使用的同步方法中时，可能根据问题的需要，必须使用wait()方法使本线程等待，暂时让出CPU的使用权，并允许其它线程使用这个同步方法。

➢ 线程如果用完同步方法，应当执行notifyAll()方法通知所有由于使用这个同步方法而处于等待的线程结束等待。

第二部分：实验部分

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：

※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；

※掌握利用锁对象和条件对象实现的多线程同步技术。

实验程序如下：

package synch;

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

/**
一个银行有许多银行帐户，使用锁序列化访问 * @version 1.30 2004-08-01
 * @author Cay Horstmann
 */
public class Bank
{
   private final double[] accounts;
   private Lock bankLock;
   private Condition sufficientFunds;

   /**
    * 建设银行。
    * @param n 账号
    * @param initialBalance 每个账户的初始余额
    */
   public Bank(int n, double initialBalance)
   {
      accounts = new double[n];
      Arrays.fill(accounts, initialBalance);
      bankLock = new ReentrantLock();
      sufficientFunds = bankLock.newCondition();
   }

   /**
    * 把钱从一个账户转到另一个账户。
    * @param 从账户转账
    * @param 转到要转账的账户
    * @param 请允许我向你转达
    */
   public void transfer(int from, int to, double amount) throws InterruptedException
   {
      bankLock.lock();
      try
      {
         while (accounts[from] < amount)
            sufficientFunds.await();
         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();
      }
      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 账号
    */
   public int size()
   {
      return accounts.length;
   }
}

package synch;

/**
 * 这个程序显示了多个线程如何安全地访问数据结构。
 * @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()));
               }
            }
            catch (InterruptedException e)
            {
            }            
         };
         Thread t = new Thread(r);
         t.start();
      }
   }
}

实验结果如下：

测试程序2：

※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；

※掌握synchronized在多线程同步中的应用。

实验程序如下：

package synch2;

import java.util.*;

/**
 * 具有多个使用同步原语的银行账户的银行。
 * @version 1.30 2004-08-01
 * @author Cay Horstmann
 */
public class Bank
{
   private final double[] accounts;

   /**
    * 建设银行。
    * @param n 账号
    * @param initialBalance 每个账户的初始余额
    */
   public Bank(int n, double initialBalance)
   {
      accounts = new double[n];
      Arrays.fill(accounts, initialBalance);
   }

   /**
    * 把钱从一个账户转到另一个账户。
    * @param 从账户转账
    * @param 转到要转账的账户
    * @param 请允许我向你转达
    */
   public synchronized void transfer(int from, int to, double amount) throws InterruptedException
   {
      while (accounts[from] < amount)
         wait();
      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());
      notifyAll();
   }

   /**
    * 获取所有帐户余额的总和。
    * @return 总余额
    */
   public synchronized double getTotalBalance()
   {
      double sum = 0;

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

      return sum;
   }

   /**
    * 获取银行中的帐户数量。
    * @return 
    */
   public int size()
   {
      return accounts.length;
   }
}

package synch2;

/**
 * 
 * 这个程序展示了多个线程如何使用同步方法安全地访问数据结构。
 * @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)
            {
            }
         };
         Thread t = new Thread(r);
         t.start();
      }
   }
}

实验结果如下：

测试程序3：

※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();

  }

}

实验程序如下：

package test2;
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();
  }
}

实验结果如下：

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

程序设计思路简述：

    程序的主要设计思路没有太繁琐，只是新建三个售票口，在thread类中创建线程并开启线程，然后在run方法中定义线程任务，进行异常处理后设计在10张票数内时将售票情况进行打印，票数超过10张时程序结束。

实验程序如下：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Mythread mythread = new Mythread();
        Thread ticket1 = new Thread(mythread);
        Thread ticket2 = new Thread(mythread);
        Thread ticket3 = new Thread(mythread);
        ticket1.start();
        ticket2.start();
        ticket3.start();
    }
}

class Mythread implements Runnable {
    int ticket = 1;
    boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        while (flag) {
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }

            synchronized (this) {
                if (ticket <= 10) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "窗口售：第" + ticket + "张票");
                    ticket++;
                }
                if (ticket > 10) {
                    flag = false;
                }
            }

        }
    }

}

实验结果如下：

结对过程描述及结对照片：

 第三部分：实验总结

       这周继续学习了有关线程的知识，主要学习了有关线程同步的问题。线程同步主要是为了解决多线程并发运行不确定性问题，使得多个线程中在一个线程使用某种方法时候，另一线程要使用该方法，就只能等待。实验课上，通过自己运行实验代码理解了多线程中在不加锁时会出现的情况，让我们对线程同步有了更加清晰地认识。虽然很多地方还是不太懂还是存在很大的问题，通过看书和网上公开课后才得以理解。