201521123072《java程序设计》第十一周学习总结

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