第十七周Java实验作业

实验十七  线程同步控制

实验时间 2018-12-10

1、实验目的与要求

(1) 掌握线程同步的概念及实现技术；

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：

解决方案一：用ReentratLock保护代码块的基本结构如下：

myLock.lock();

try{

　　critical section

　}

finally{

　　myLock.unlock();

　　 }　

有关锁对象和条件对象的关键要点：

锁用来保护代码片段，只要保证任何时刻只能有一个线程被保护的代码。

锁管理试图进入被保护代码段的进程。

锁可拥有一个或多个相关条件对象。

每个条件对象管理那些已经进入被保护的代码段但是还不能运行的线程。

解决方案二：synchronized关键字　　

synchronized关键字关键字作用：

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，其他线程方法可进入同步方法。

一个线程在使用同步方法的中时，可能根据问题的需要，必须使用wait()方法使用本线程等待，暂时让出CPU的使用权，并允许其他线程使用这个同步方法。

线程如果用完同步方法，应当执行notifyAll()方法通知所有使用这个同步方法而处于等待的县城结束等待

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：

解决方案一：用ReentratLock保护代码块的基本结构如下：

myLock.lock();

try{

　　critical section

　}

finally{

　　myLock.unlock();

　　 }　

有关锁对象和条件对象的关键要点：

锁用来保护代码片段，只要保证任何时刻只能有一个线程被保护的代码。

锁管理试图进入被保护代码段的进程。

锁可拥有一个或多个相关条件对象。

每个条件对象管理那些已经进入被保护的代码段但是还不能运行的线程。

解决方案二：synchronized关键字　　

synchronized关键字关键字作用：

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，其他线程方法可进入同步方法。

一个线程在使用同步方法的中时，可能根据问题的需要，必须使用wait()方法使用本线程等待，暂时让出CPU的使用权，并允许其他线程使用这个同步方法。

线程如果用完同步方法，应当执行notifyAll()方法通知所有使用这个同步方法而处于等待的县城结束等待

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。

package synch;

import java.util.*;
import java.util.concurrent.locks.*;

/**
 * 一种拥有许多银行帐户的银行，它使用锁来序列化访问。
 * @version 1.30 2004-08-01
 * @author Cay Horstmann
 */
public class Bank
{
   private final double[] accounts;
   private Lock bankLock;//锁对象
   private Condition sufficientFunds;

   /**
    *构建银行。
    * @param 账户数量
    * @param 每个账户的初始余额
    */
   public Bank(int n, double initialBalance)
   {
      accounts = new double[n];
      Arrays.fill(accounts, initialBalance);
      bankLock = new ReentrantLock();
      sufficientFunds = bankLock.newCondition();
   }

   /**
    * 把钱从一个账户转到另一个账户。
    * @param 从账户转出
    * @param 到账转到
    * @param 转帐金额
    */
   public void transfer(int from, int to, double amount) throws InterruptedException
   {
      bankLock.lock();//加锁
      try
      {
         while (accounts[from] < amount)
         sufficientFunds.await();//注释掉之后产生死锁现象
         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();//注释掉之后产生死锁现象
      }
      finally
      {
         bankLock.unlock();
      }
   }

   /**
    *获取所有帐户余额的总和。
    * @return 总平衡
    */
   public double getTotalBalance()
   {
      bankLock.lock();//加锁
      try
      {
         double sum = 0;

         for (double a : accounts)
            sum += a;

         return sum;
      }
      finally
      {
         bankLock.unlock();//解锁
      }
   }

   /**
     *  获取银行中的帐户编号。
    * @return 账户数量
    */
   public int size()
   {
      return accounts.length;
   }
}

package synch;
/**
 * 这个程序展示了多线程如何安全地访问数据结构。
 * @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。

package synch2;

/**
 * 这个程序展示了多线程如何安全地访问一个数据结构，使用同步方法。
 * @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();
      }
   }
}

package synch2;

import java.util.*;

/**
 * 使用同步原语的具有多个银行帐户的银行
 * @version 1.30 2004-08-01
 * @author Cay Horstmann
 */
public class Bank
{
   private final double[] accounts;

   /**
    * 构建了银行。
    * @param  账户数量
    * @param 每个账户的初始余额
    */
   public Bank(int n, double initialBalance)
   {
      accounts = new double[n];
      Arrays.fill(accounts, initialBalance);
   }

   /**
    * 把钱从一个账户转到另一个账户。
    * @param 从账户转出
    * @param 到账转到
    * @param 转帐金额
    */
   public synchronized void transfer(int from, int to, double amount) throws InterruptedException
   {
      while (accounts[from] < amount)
         wait();//Object类
      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();
   }
   /**
    *获取所有帐户余额的总和。
    * @return 总平衡
    */
   public synchronized double getTotalBalance()
   {
      double sum = 0;

      for (double a : accounts)
         sum += a;

      return sum;
   }

   /**
    * 获取银行中的帐户编号。
    * @return 账户数量
    */
   public int size()
   {
      return accounts.length;
   }
}

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();

}

}

运行结果：

修正后：

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

package 小陈;

public class thread {
public static void main(String[] args) {

    Ticket ticket = new Ticket();
    Thread t1 = new Thread(ticket);
    Thread t2 = new Thread(ticket);
    Thread t3 = new Thread(ticket);
    t1.start();
    t2.start();
    t3.start();
}
}

class Ticket implements Runnable{
    int t = 1;
    boolean flag = true;
    public void run() {
            while(flag) {
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (this) {
                if(t<=10) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"窗口售："+"第"+t+"张票");
                    t++;
                }else {
                    flag = false;
                }
            }
        }
    }

}

运行结果：

个人总结：本周主要学了线程的同步控制的相关知识，同时在实验课上学习了一些快速构造代码的快捷键，对编程的帮助比较大，个人觉得还是比较有收获的，还要继续学习。