201521123072《java程序设计》第十一周学习总结

1. 本周学习总结

2. 书面作业

本次PTA作业题集多线程

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)?

这里引用上课的时候的那个例子:

用synchronized修饰方法,代码如下:

class Counter {
private static int id = 0;
private static Lock poolLock = new ReentrantLock();
public synchronized static void addId() {
id++;
}
public synchronized static void subtractId() {
id--;
}
public static int getId() {
return id;
}
}

还有一种方法就是用ReentrantLock,lock ,unlock方法,代码如下:

class Counter {
private static int id = 0;
private static Lock poolLock = new ReentrantLock();
public static void addId() {
poolLock.lock();
id++;
poolLock.unlock(); }
public static void subtractId() {
poolLock.lock();
id--;
poolLock.unlock();
}
public static int getId() {
return id;
}
}

1.2 同步代码块与同步方法有何区别?

同步代码块不是在方法名前面声明synchronized,而是在要共享的代码块前面声明synchronized

如下代码:(addId是同步代码块,subtractId是同步方法)

public static void addId() {
synchronized (Counter.class) {//代表Counter类型的对象
id++;
}
} public synchronized static void subtractId() {
id--;
}

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?

原理是:当其中一个线程工作的时候,阻止另外一个线程工作(通过对象锁实现)。例如下面的代码:

class Counter {
private static int id = 0;
private static Lock poolLock = new ReentrantLock(); public static void addId() {
synchronized (Counter.class) {//代表Counter类型的对象
id++;
} } public synchronized static void subtractId() {
id--;
}
}
synchronized (Counter.class)

这一句是获得Counter对象的内部锁,如果没有获得这个锁,那么下面的id++则不能运行,如果获得了锁,那么执行完id++后,则释放锁。

下面是线程状态转换的图:



由上图可知:

当程序执行synchronized同步代码块,首先要获得对象的内部锁,如果没有获得,则进入Wait Pool,等到内部锁被释放的时候,再进入lock pool,再运行;如果一开始就获得了内部锁,那么就直接进入lock pool,再运行

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和notify

synchronized 关键字,代表这个方法加锁,相当于不管哪一个线程,运行到这个方法时,都要检查有没有其它线程正在用这个方法,然而,当一个线程访问object的一个加锁代码块时,另一个线程仍然可以访问该object中的非加锁代码块。所以,如果不将同步访问放到synchronized方法或者代码块中,那么当一个线程在运行的时候,另一个线程也会运行这个方法

交替执行

实验总结(不管有没有做出来)

这个实验参照了生产者-消费者模型来做的,运用wait,notify

在repo类中定义了一个计数的i,如果i%2==0,执行线程1,如果i%2!=0,执行线程0,

 public synchronized  void get1(){
while(i<item.length){
while(this.i%2==0){
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" finish "+this.item[0]);
this.delete();
this.i++;
notify();
}
} public synchronized void get2(){
while(i<item.length){
while(this.i%2!=0){
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" finish "+this.item[0]);
this.delete();
this.i++;
notify();
}
}

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)

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)



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

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?

运行结果如下,显然不正确





这里的程序存和取是同时进行的,这里会发生互斥,虽然解决了互斥,但是没有解决同步的问题,

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





运行结果:



4.3 选做:使用Lock与Condition对象解决该问题。

主要代码:

        private Lock  RepositoryLock= new ReentrantLock();
private Condition temp = RepositoryLock.newCondition();
private int capacity = 10;//仓库容量默认为10
private List<String> repo = new ArrayList<String>();// repo(仓库),最多只能放10个
public void add(String t) throws InterruptedException {
RepositoryLock.lock();
try{
while(repo.size()==capacity)
temp.await();
if(repo.size()>capacity){
throw new IllegalArgumentException("商品数量超过最大容量");
}
repo.add(t);
temp.signalAll(); } finally
{
RepositoryLock.unlock();//退出互斥代码块。之所以放到finally,是保证如果发生异常,一定要退出。就不会出现死锁现象。
} }
public void remove() throws InterruptedException {
RepositoryLock.lock();
try{
if(repo.size()==0){
temp.await();
}
if(repo.size()<0){
throw new IllegalArgumentException("仓库内商品数量为负数");
}
repo.remove(0);
temp.signalAll();
}finally
{
RepositoryLock.unlock();//退出互斥代码块。之所以放到finally,是保证如果发生异常,一定要退出。就不会出现死锁现象。
} }

运行结果:

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)

有线程安全,那就有线程不安全,我们在上课的时候,有讲过TestUnSynchronizedThread的例子

没有修改前的代码是这样的:

public static void addId() {
id++;
}
public static void subtractId() {
id--;
}

理想的结果应该是0,但是实际上每次程序运行都会有不同的结果,如下:



对于id++.和id--,操作,它分为以下三步:

-读取id的值

-进行 ++(--)操作

-将计算后的值写回id

1.在单线程运行的情况下,取值,操作,再写回,假设一开始id=1,我进行两次id++操作,那么此时id=3;

2.而如果是在多线程情况下,比如有两个线程(此时id=1),如果线程A读取了id的值,并且执行++操作,此时在A线程进行++操作的时候,B线程又读了id的值(因为A线程没有将计算过后的值读回,所以此时id还是为1),那么B线程进行++操作,到最后,id=2

以上的这个例子就说明了, “线程不安全”

由此得出线程安全的定义(出自百度百科):

如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次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。出自(http://baike.so.com/doc/6809842-7026796.html)

回到之前的那个例子,我要使它与我预期的值一样,就要实现一个多线程的互斥,用synchronized代码块,或方法,或者是lock,unlock,目的在于当一个线程在执行某个操作的时候,别的线程就不能执行这个操作了

代码如下:

public static void addId() {
synchronized (Counter.class) {//代表Counter类型的对象
id++;
}
}
public synchronized static void subtractId() {
id--;
}

选做:实验总结

6.1 4-8(CountDownLatch)实验总结



6.2 4-9(集合同步问题)实验总结

6.3 较难:4-10(Callable),并回答为什么有Runnable了还需要Callable?实验总结。

选做:使用其他方法解决题目4的生产者消费者问题。

7.1 使用BlockingQueue解决生产者消费者问题关键代码截图



运行结果:

7.2 说明为什么不需要显示的使用wait、notify就可以解决同步问题。这样解决相比较wait、notify有什么优点吗?

参考链接(http://www.cnblogs.com/liuling/p/2013-8-20-01.html)

BlockingQueue是一种特殊的队列,如果BlockQueue是空的,从BlockingQueue取东西的操作将会被阻断进入等待状态(相当于wait),直到BlockingQueue进了东西才会被唤醒(相当于notify).同样,如果BlockingQueue是满的,任何试图往里存东西的操作也会被阻断进入等待状态,直到BlockingQueue里有空间才会被唤醒继续操作.

从一题的代码就可以看出一个最直观的优点,用这种特殊队列的代码量会减少,简单易懂,所占cpu少,性能好

7.3 使用Condition解决生产者、消费者问题。

同4.3

3. 码云上代码提交记录

题目集:多线程(4-4到4-10)

3.1. 码云代码提交记录

在码云的项目中,依次选择“统计-Commits历史-设置时间段”, 然后搜索并截图

3.2 截图多线程PTA提交列表

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