实验十七  线程同步控制

实验时间 2018-12-10

学习总结:

1.Java通过多线程的并发运行提高系统资源利用 率,改善系统性能。

2.假设有两个或两个以上的线程共享 某个对象,每个线程都调用了改变该对象类状态的方法,就会引起的不确定性。

3.多线程并发执行中的问题

◆多个线程相对执行的顺序是不确定的。

◆线程执行顺序的不确定性会产生执行结果的不确定性。

◆在多线程对共享数据操作时常常会产生这种不确定性。

4.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。

5.(1)锁对象与条件对象

用ReentrantLock保护代码块的基本结构如下:

myLock.lock();

try { critical section }

finally{

myLock.unlock();

}

(2)synchronized关键字

synchronized关键字作用:

➢ 某个类内方法用synchronized 修饰后,该方 法被称为同步方法;

➢ 只要某个线程正在访问同步方法,其他线程 欲要访问同步方法就被阻塞,直至线程从同 步方法返回前唤醒被阻塞线程,其他线程方 可能进入同步方法。

具体用法参考博客:https://blog.csdn.net/sinat_32588261/article/details/72880159

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。

代码:

package synch;

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
{
private final double[] accounts;//银行运转的基本数据
private Lock bankLock;//锁对象
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);
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();
try
{//锁对象的引用条件对象
while (accounts[from] < amount)
sufficientFunds.await();
System.out.print(Thread.currentThread());//打印出线程号
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.signal();
}
finally
{
bankLock.unlock();
}
} /**
* Gets the sum of all account balances.
* @return the total balance
*/
public double getTotalBalance()
{
bankLock.lock();//加锁
try
{
double sum = 0; for (double a : accounts)
sum += a; return sum;
}
finally
{
bankLock.unlock();//解锁
}
} /**
* Gets the number of accounts in the bank.
* @return the number of accounts
*/
public int size()
{
return accounts.length;
}
}
package synch;

/**
* 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 = 100;
public static final double INITIAL_BALANCE = 1000;
public static final double MAX_AMOUNT = 1000;
public static final int DELAY = 10; public static void main(String[] args)
{
Bank bank = new Bank(NACCOUNTS, INITIAL_BALANCE);
for (int i = 0; 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();
}
}
}

运行结果:

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。

代码:

package synch2;

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();//导致线程进入等待状态直到它被通知。该方法只能在一个同步方法中调用。
System.out.print(Thread.currentThread());//打印出线程号
accounts[from] -= amount;
System.out.printf(" %10.2f from %d to %d", amount, from, to);//第一个打印结果保留两位小数(最大范围是十位),
accounts[to] += amount;
System.out.printf(" Total Balance: %10.2f%n", getTotalBalance());
notifyAll();//解除那些在该对象上调用wait方法的线程阻塞状态。该方法只能在同步方法或同步块内部调用。
} /**
* Gets the sum of all account balances.
* @return the total balance
*/
public synchronized double getTotalBalance()
{
double sum = 0; 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;
}
}
package synch2;

/**
* 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 = 100;
public static final double INITIAL_BALANCE = 1000;
public static final double MAX_AMOUNT = 1000;
public static final int DELAY = 10; public static void main(String[] args)
{
Bank bank = new Bank(NACCOUNTS, INITIAL_BALANCE);
for (int i = 0; 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();
}
}
}

运行结果:

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();

}

}

存在的问题:

两个线程各自运行自己的

运行的预期结果应该为:

最终的s=1200

更正思路:

增加语句

synchronized

代码:

package demo;

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();

  }

}

运行结果:

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:

package ThreadTest;

public class Demo {
public static void main(String[] args) {
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 t = 1;
boolean flag = true; public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
while (flag) {
try {
Thread.sleep(500);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
e.printStackTrace();
} synchronized (this) {
if (t <= 10) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "窗口售:第" + t + "张票");
t++;
}
if (t > 10) {
flag = false;
}
} }
}
}

运行结果:

代码:

package ThreadTest;

public class Demo1 extends Thread {
static int t = 1; public void run() {
synchronized (this) {
while (t <= 10) {
if (t <= 10) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "窗口售:第" + t + "张票");
t++;
} else {
System.out.println("票卖完了");
}
}
try {
sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
} public static void main(String[] args) {
Demo1 window1 = new Demo1();
Demo1 window2 = new Demo1();
Demo1 window3 = new Demo1();
window1.start();
window2.start();
window3.start();
} }

运行结果:

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