张云飞 201771010143 《面对对象程序设计（java）》第十七周学习总结

Posted 2021-01-29 fairber

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；