201521123037 《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。

Java多线程之Executor、ExecutorService、Executors、Callable、Future与FutureTask

2. 书面作业

本次PTA作业题集多线程

1. 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synchronized的代码块

\\使用synchronized修饰方法
synchronized void deposit(int money){
		balance+=money;
		notify();
	}
\\使用synchronized的代码块
void deposit(int money){
		synchronized (this) {
			balance+=money;
			notify();
		}
	}

1.2 同步代码块与同步方法有何区别？

• 作用的范围不同。同步方法作用范围为整个方法而同步代码块作用范围为整个代码块在方法内部；作用范围比较小的同步锁性能更高。
• 锁对象不同。同步方法的锁对象是固定的，即this；同步代码块的锁对象是任意的对象。

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？

同一个时间只有一个线程获得对象锁，保证共享资源完整性。对象锁：当线程访问被同步的代码时，必须首先竞争代码所属对象上的锁（每个对象都有一把锁），否则线程将等待(阻塞)，直到锁被释放。

class Counter {
	private static int id = 0;

	public static synchronized void addId() {//当线程获得对象锁时其他进行加法的线程不可使用该方法，避免出现错误的数据。如id=0，两个线程同时调用方法id可能为1。
		id++;
	}

	public static void subtractId() {
		synchronized (Counter.class) {//当线程获得对象锁时其他进行减法的线程不可使用该代码块，避免出现错误的数据。
			id--;
		}

	}
	public static int getId() {
		return id;
	}
}

线程有锁时：Running（直接获得锁）或Runnable（原本在Lock Pool，锁被释放时进行竞争，若成功获得锁，进入Runnable状态）；线程无锁时：存于Lock Pool中，等待锁被释放。

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？

Java多线程的通信方式有synchronized、while轮询的方式、wait/notify机制、管道通信。可以使用synchronized关键字实现线程之间的通信。同步访问外若没有synchronized关键字则会抛出IllegalMonitorStateException错误提示缺乏对象监视器，wait是释放共享锁并将该线程加入object的等待“队列”（并不是先进先出）中,notify是在该object的等待“队列”中唤醒一个等待的线程，都与synchronized关键字密切相关。synchronized可以保证共享资源完整性。

2. 交替执行

实验总结（不管有没有做出来）

在Work执行的任务次数出错，线程运行任务次数是多少次就执行多少次，不然会出现线程运行完main函数还未退出。用flag标记符进行交替执行的标记。

3. 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)

4. 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？

结果不正常。仓库剩下的货物有时为非0个。这个代码面临同步访问的问题，只有当仓库货物非空的时候才可以取货，在仓库不是满的时候才可以添加货物。代码中未出现解决这一问题的代码。

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)

线程安全指的是多个线程共享同一资源时，最后的结果等同于单线程多次操作资源则线程安全。当多线程共同进行原子操作，则结果无二义性。当多个线程进行非原子操作（超过一步的操作）很可能出现错误的结果。

public static synchronized void addId() {
		id++;//id++可看作取id的值->id+1->id=id+1，所以id++为非原子操作，多个线程进行该操作可以添加对象锁解决这一问题
	}

	public static void subtractId() {
		synchronized (Counter.class) {
			id--;
		}

	}

6. 选做：实验总结

6.1 4-8（CountDownLatch）实验总结

执行器可以管理Thread对象，不需要我们自己对Thread进行创建和控制。有多个执行器可供选择，要根据具体情况选择合适的那个。这题指定要求线程数，则选择newFixedThreadPool()，CountDownLatch能够使一个线程等待其他线程完成各自的工作后再执行，这一题可以使main函数最后执行。CountDownLatch主要方法有countDown和await，之前把countDown方法放在for循环里面，PTA提示运行超时，要将countDown方法放在任务里面。

6.2 4-9（集合同步问题）实验总结

解决集合同步问题可以使用Collections.synchronizedList(new ArrayList<Integer>()),多个线程同时在list对象访问时线程安全。

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

添加任务到taskList中，并用执行器执行（invokeAll），用results接收Callable任务的返回值，最后记得将执行器关闭(shutdown)。Callable可以返回一个类型V且能够抛出checked exception，这些Runnable都无法做到。Callable和Runnable都可应用于executors，而Thread只支持Runnable。当任务执行完成后，Callable会立刻获得更新了的Future，而Runnable要自己处理。

参考资料：Callable接口和Runnable接口

7. 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

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？

7.3 使用Condition解决生产者、消费者问题。

8. 选做：编写一段代码，证明你会使用ForkJoinPool？

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

4. 选做：课外阅读

4.1 Questions and Exercises: Concurrency，学习总结。

4.2 Java多线程之Executor、ExecutorService、Executors、Callable、Future与FutureTask

4.3 Java 8 Concurrency Tutorial: Threads and Executors