实验十七  线程同步控制

实验时间 2018-12-10

1、实验理论知识

多线程
    多线程是进程执行过程中产生的多条执行线索。
进程
    线程是比进程执行更小的单位。线程不能独立存在,必须存在于进程中,同一进程的各线程间共享进程空间的数据。每个线程有它自身的产生、存在和消亡的过程, 是一个动态的概念。线程创建、销毁和切换的负荷远小于进程,又称 为轻量级进程(lightweight process)。
Java实现多线程
    -创建Thread类的子类
    -在程序中定义实现Runnable接口的类
用Thread类的子类创建线程
    首先需从Thread类派生出一个子类,在该子类中 重写run()方法。
    class hand extends Thread { public void run() {……} }
    然后用创建该子类的对象
    Lefthand left=new Lefthand();
    Righthand right=new Righthand();
    最后用start()方法启动线程
        left.start();
        right.start();
用Runnable()接口实现线程
    首先设计一个实现Runnable接口的类;
    然后在类中根据需要重写run方法;
    再创建该类对象,以此对象为参数建立Thread 类的对象;
    调用Thread类对象的start方法启动线程,将 CPU执行权转交到run方法。
线程的终止:调用interrupt()方法。
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。

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。

import java.util.*;
import java.util.concurrent.locks.*; /**
* A bank with a number of bank accounts that uses locks for serializing access.
* @version 1.30 2004-08-01
* @author Cay Horstmann
*/
public class Bank//Bank类
{
private final double[] accounts;//银行运转的基础数据
private Lock bankLock;
private Condition sufficientFunds; /**
* Constructs the bank.
* @param n the number of accounts
* @param initialBalance the initial balance for each account
*/
public Bank(int n, double initialBalance)
{
accounts = new double[n];
Arrays.fill(accounts, initialBalance);//调用initialBalance生成锁对象属性
bankLock = new ReentrantLock();
sufficientFunds = bankLock.newCondition();
} /**
* Transfers money from one account to another.
* @param from the account to transfer from
* @param to the account to transfer to
* @param amount the amount to transfer
*/
public void transfer(int from, int to, double amount) throws InterruptedException
{
bankLock.lock(); //临界区加锁
try
{
while (accounts[from] < amount)
sufficientFunds.await();//用锁对象生成条件对象sufficientFunds
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();
}
} /**
* Gets the sum of all account balances.
* @return the total balance
*/
public double getTotalBalance()
{
bankLock.lock();
try
{
double sum = ; for (double a : accounts)
sum += a; return sum;
}
finally
{
bankLock.unlock();
}
} /**
* Gets the number of accounts in the bank.
* @return the number of accounts
*/
public int size()
{
return accounts.length;
}
}
/**
* This program shows how multiple threads can safely access a data structure.
* @version 1.31 2015-06-21
* @author Cay Horstmann
*/
public class SynchBankTest
{
public static final int NACCOUNTS = ;
public static final double INITIAL_BALANCE = ;
public static final double MAX_AMOUNT = ;
public static final int DELAY = ; public static void main(String[] args)
{
Bank bank = new Bank(NACCOUNTS, INITIAL_BALANCE);
for (int i = ; 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();
}
}
}

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。

/**
* This program shows how multiple threads can safely access a data structure,
* using synchronized methods.
* @version 1.31 2015-06-21
* @author Cay Horstmann
*/
public class SynchBankTest2
{
public static final int NACCOUNTS = ;
public static final double INITIAL_BALANCE = ;
public static final double MAX_AMOUNT = ;
public static final int DELAY = ; public static void main(String[] args)
{
Bank bank = new Bank(NACCOUNTS, INITIAL_BALANCE);//创建一个银行对象
for (int i = ; i < NACCOUNTS; i++)
{
int fromAccount = i;
Runnable r = () -> {
try
{
while (true)
{
int toAccount = (int) (bank.size() * Math.random());//拿出一个随机账户
double amount = MAX_AMOUNT * Math.random();//设定随机一笔钱
bank.transfer(fromAccount, toAccount, amount);//转账操作
Thread.sleep((int) (DELAY * Math.random()));//随机休眠时间
}
}
catch (InterruptedException e)
{
}
};
Thread t = new Thread(r);//创建一个线程
t.start();//线程处于可运行状态
}
}
}
import java.util.*;

/**
* A bank with a number of bank accounts that uses synchronization primitives.
* @version 1.30 2004-08-01
* @author Cay Horstmann
*/
public class Bank
{
private final double[] accounts; /**
* Constructs the bank.
* @param n the number of accounts
* @param initialBalance the initial balance for each account
*/
public Bank(int n, double initialBalance)
{
accounts = new double[n];
Arrays.fill(accounts, initialBalance);
} /**
* Transfers money from one account to another.
* @param from the account to transfer from
* @param to the account to transfer to
* @param amount the amount to transfer
*/
public synchronized void transfer(int from, int to, double amount) throws InterruptedException
{
while (accounts[from] < amount)
wait();//使线程处于等待集中
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());
notifyAll();//唤醒所有等待的线程
} /**
* Gets the sum of all account balances.
* @return the total balance
*/
public synchronized double getTotalBalance()
{
double sum = ; for (double a : accounts)
sum += a; return sum;
} /**
* Gets the number of accounts in the bank.
* @return the number of accounts
*/
public int size()
{
return accounts.length;
}
}

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();

}

}

class Cbank
{
private static int s=;//当类加载时s赋值为2000
public static void sub(int m)
{
int temp=s;
temp=temp-m;
try {
Thread.sleep((int)(*Math.random()));
}
catch (InterruptedException e) { }//捕获中断异常
s=temp;
System.out.println("s="+s);
}
} class Customer extends Thread//继承
{
public void run()//中值返回
{
for( int i=; i<=; i++)
Cbank.sub();
}
}
public class Thread3
{
public static void main(String args[])
{
Customer customer1 = new Customer();//把变量customer1的值设置为分配给新的Customer对象的内部地址
Customer customer2 = new Customer();
customer1.start();
customer2.start();
}
}

修改后的代码:

class Cbank

{

     private static int s=;

     public synchronized  static void sub(int m)

     {

           int temp=s;

           temp=temp-m;

          try {

      Thread.sleep((int)(*Math.random()));

    }

           catch (InterruptedException e)  {              }

           s=temp;

           System.out.println("s="+s);

   }

}

class Customer extends Thread

{

  public void run()

  {

   for( int i=; i<=; i++)

     Cbank.sub();

    }

 }

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

package tracket;

public class tracket {
public static void main(String[] args) {
Mythread mythread = new Mythread();
Thread t1 = new Thread(mythread);//实例化了一个Thread对象thread1
Thread t2 = new Thread(mythread);
Thread t3 = new Thread(mythread);
t1.start();//线程启动
t2.start();
t3.start();
}
} class Mythread implements Runnable {
int t = ;
boolean flag = true; @Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
while (flag) {
try {
Thread.sleep();//休眠时间500毫秒
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
e.printStackTrace();
} synchronized (this) {
if (t <= ) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "窗口售:第" + t + "张票");
t++;
}
if (t > ) {
flag = false;
}
} }
}
}

实验总结:本周实验学习了线程的同步,对线程有了更能进一步的学习,最后的编程的练习题通过学长的讲解以及演示,代码语句的解释,深入了解线程同步问题;本周也是最后一周的实验,这学期通过老师和学长的教学学习到了不少java的知识,非常感谢。

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