201521123063 《Java程序设计》 第11周学习总结

1. 本周学习总结

1.1 以你喜欢的方式（思维导图或其他）归纳总结多线程相关内容。

（1）多线程的冲突

当我们不想一种资源被同时使用，导致最后结果不一致，解决方法：

• 使用synchronized标记方法

• 使用synchronized代码块

在代码块中用synchronized（this){...}包围

（2）多线程同步

以消费和生产关系为例：

• 当供不应求的时候，消费者就需要等待即使用wait()，直到有了供应，就提醒消费者，即使用notify(),或者notifyAll()(提醒全部正在等待的线程：你们可以行动了)
• 当供过于求时，生产者就需要等待，同样使用wait()，直到仓库可以填充货物时，提醒生产者
  
  注：notify()/notifyAll()方法和wait()方法都只能在被声明为synchronized的方法或代码段中调用
• 另一种解决同步的方法（使用条件对象）
  
  需要搭配Lock对象来使用
  
  Lock lock = new ReentrantLock();
  
  Condition condition = lock.newCondition();
  
  condition.await(); //等待
  
  condition.signal(); //通知，唤醒线程

（3）执行器（参考书上和文档）

• 使用ExecutorService
  
  shutdown()
  
  //会在指定任务完成后，将ExecutorService关闭
  
  submit()
  
  //提交一个 Runnable 任务用于执行，并返回一个表示该任务的 Future
  
  invokeAll()
  
  //执行给定的任务，当所有任务完成时，返回保持任务状态和结果的 Future 列表
  
  invokeAny()
  
  //如果某个任务完成，就返回结果

• 使用ThreadPoolExecutor
  
  ThreadPoolExecutor是Excutor的子接口ExcutorService的子类，包含有：
  
  newCachedThreadPool();
  
  //会在必要时建立线程，Runnable可能执行新建的线程或重复利用已有的线程
  
  newFixedThreadPool(n);
  
  //可以指定在池中建立的线程数
  
  newSingleThreadExecutor();
  
  //仅使用单个线程

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）？

• 使用同步方法块

public  void deposit(int money){
    synchronized（this){
    	this.balance+=money;
	}
}

public void withdraw(int money){
	synchronized（this){
	    this.balance-=money;
	}

• 使用lock,unlock方法

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Account {
	private Lock poolLock = new ReentrantLock();
	...
	public  void deposit(int money){
	    poolLock.lock();
		this.balance+=money;
		poolLock.unlock();
	}
	public void withdraw(int money){
	    poolLock.lock();
		this.balance-=money;
		poolLock.unlock();
	}
}
本题参考了ProducerConsumerTestWithLock.java

1.2 同步代码块与同步方法有何区别？

答：同步方法用synchronized修饰方法来加锁，锁的范围比较大，而同步代码块可以指是在内部的某些代码，锁的范围比较小，性能更好

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？

答：原理就是通过获得唯一的锁来打开资源，而不允许其他线程的任务打扰，其他线程就先等待，notify()之后进入Lock Pool,当且仅当使用资源之后，把锁还回去
，即poolLock.unlock()，这时候在Lock Pool的线程才可以继续
那就套用老师给的参考代码吧（TestUnSynchronizedThread.java)
执行synchronized同步方法

使用synchronized的结果：

不使用synchronized的结果：

结果分析：

开启两个线程后，发现每次运行的线程顺序不一定相同，但是最终结果都是0,线程的开始，意味着就要占用对象资源，其他线程处于等待状态，所以加完再减，减完再加，最后的结果都一样，但是不使用synchronized，对于id++这一操作，可能这时候会有线程在执行有id--，那么两个线程都取了id的值，但是最后赋给id的是当中的某一个，这样原本结果等于0的会产生其他的结果

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？

答：可以用wait()和notify()/notifyAll()方法来协调线程间的运行关系，或者可以使用条件对象Condition搭配Lock对象来使用；同步访问一般都要放到synchronized方法或者代码块中是为了防止多个线程抢用资源，造成不必要的麻烦

交替执行

实验总结（不管有没有做出来）

首先这题只有两个线程Thread-0和Thread-1，要想交替执行那么就需要用到wait()和notify(),而且还需要用synchronized修饰方法名，保证当前只执行一个，需要注意的是，当一个线程执行一次任务时，就要做个标记，如果接下来再执行这个线程的时候就需要wait(),那么另一个线程就有机会执行任务

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)

这题详见1.3

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

• 参考TestExecutor.java中的代码，只使用两个线程，每执行完一个任务就latch.countDown();直到计数器为0时候，释放所有等待的线程

• 参考了testCallableFuture.java，使用Callable、Future

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？

答：多次运行发现货物还是有剩余，结果不正常，正常情况应该都是0，为了方便查看，我将库存该为5，并添加了一些信息，结果如下，发现如果消费者无法取出货物，那么就消耗了一次取货的机会，并没有等待生产者，那么就会有库存剩余

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

4.3 选做：使用Lock与Condition对象解决该问题。

5.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)

比如说某个程序有多个线程在运行，它的运行结果一直都和单线程运行的结果是一样的，我们就认为这个线程是安全的，比如对于i++这个操作，先取i的值，再进行自增运算，最后重新赋给i，如果存在多个线程，则对这连续的三个操作产生干扰作用，最终会影响结果的正确性，所以我们可以使用一些关键字，一些方法来保证线程安全

参考链接

选做：实验总结

6.1 4-8（CountDownLatch）实验总结

CountDownLatch latch=new CountDownLatch(n);
//先初始化计数器，没执行完一个任务，就要latch.countdown();直到降为0才notify()其他线程
ExecutorService exec= Executors.newFixedThreadPool(poolSize);  //指定在池中建立固定数量线程
executorService.shutdown();
//在所有传入的runnable对象都完成后，关闭

6.2 4-9（集合同步问题）实验总结

因为ArrayList, LinkedList等都不是线程安全的，为了保证线程的安全，可以使用List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());它返回的实例能够保证安全，详见java学习笔记P375

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

实验总结：（关键代码）
for (int i = 0; i < n; i++) {
	CalculateTask task=new CalculateTask(i);
	taskList.add(task);          //添加任务
	Future<Integer> future = exec.submit(task); //提交任务
	results.add(future);          //获得结果，并添加到results中
}

问题回答：Callable的作用与Runnable类似，但是Runnable的run()方法没有返回值，也没办法抛出Checked Exception,但是Callable的call方法有返回值，也可以抛出异常

8.选做：编写一段代码，证明你会使用ForkJoinPool？

import java.util.Scanner;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.ForkJoinTask;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;

class Fb1 extends RecursiveTask<Long>{
	public final long n;
	public Fb1(long n){
		this.n=n;
	}
	public Long compute() {

		if(n<10){                  //如果n小于10，直接递归计算
			return calculate(n);
		}
		ForkJoinTask<Long> subTask =new Fb1(n-1).fork(); //分解成n-1个子任务，让ForkJoinTask安排线程执行这些任务
		return new Fb1(n-2).compute()+subTask.join();
	}
	public static long calculate(long n) {
		if(n==1)	return 1;
		if(n==2)	return 1;
		return calculate(n-1)+calculate(n-2);
	}

}
public class Fb {

	public static void main(String[] args) {
		Scanner scan=new Scanner(System.in);
		System.out.println("请输入n:");
		long n=scan.nextLong();
		Fb1 f=new Fb1(n);
		ForkJoinPool p=new ForkJoinPool();
		System.out.println("result="+p.invoke(f));  //分而治之
		scan.close();
	}
}
参考书上374页

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