201521123023《Java程序设计》第11周学习总结

1. 本周学习总结

• Lock、Condition，互斥同步访问方法，相比于synchronized，相似的wait()、notify()、notifyAll()方法，还有更多高级的方法
• Executor执行器(不需要自己创建线程，执行器负责)，
  • 将任务提交与任务如何运行解耦
  • 以自己喜欢的方式运行任务
    • 可以以多线程方式运行
    • 可以直接执行其run方法(不以多线程方式运行)
    • 子接口ExecutorService可以以线程池的方式运行
    • 子接口ScheduledThreadPoolExecutor可以让线程按照指定时间间隔或者延迟一段时间再执行。

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）？

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
class Account{
	private int balance;
	private Lock lock = new ReentrantLock();
	private Condition condition = lock.newCondition();
	public Account(int balance) {
		super();
		this.balance = balance;
	}
	public int getBalance() {
		return balance;
	}
	public void deposit(int money){
		try{
			lock.lock();
			this.balance=getBalance()+money;
			condition.signalAll();
		}
		finally{
			lock.unlock();
		}
	}
	public void withdraw(int money){
		try{
			lock.lock();
			while(getBalance()==0){
				try {
					condition.await();
				} catch (InterruptedException e) {
					// TODO Auto-generated catch block
					e.printStackTrace();
				}
			}
			condition.signalAll();
			this.balance=getBalance()-money;
		}
		finally{
			lock.unlock();
		}
	}
}

1.2 同步代码块与同步方法有何区别？

同步代码块锁定方法中的部分代码，同步方法锁定整个方法，从资源共享的合理性来看，有时我们只需要防止某一部分的资源被多个线程同时访问，如果用同步方法的话，效率上就没有同步代码块的高。

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？

原理：当资源被访问，为其上锁，阻止其他线程访问，停止访问时，解锁，其他线程可以访问

public synchronized void deposit(int money){//synchronized修饰
		this.balance=getBalance()+money;
		notifyAll();
	}
	public synchronized void withdraw(int money){//synchronized修饰
		while(getBalance()==0){
			try {
				wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		this.balance=getBalance()-money;
		notifyAll();
	}

若无synchronized修饰，可能有多个线程通过deposit或withdraw方法同时存取Account对象的balance属性。

使用synchronized修饰后

1.线程A执行deposit，balance上锁，线程B wait，notifyAll之后，balance解锁
2.线程B执行withdraw，balance上锁，线程A无法访问，notifyAll之后，balance解锁

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？

2.交替执行

2.1相关代码

import java.util.ArrayList;
import java.util.Scanner;
class Repo {
	private ArrayList<String> str = new ArrayList<String>();
	private boolean flag = false;
	public void setFlag(boolean flag) {
		this.flag = flag;
	}
	public boolean isFlag() {
		return flag;
	}
	public ArrayList<String> getStr() {
		return str;
	}
	public Repo(String items) {
		Scanner sc = new Scanner(items);
		while (sc.hasNext()) {
			str.add(sc.next());
		}
		sc.close();
	}
	public int getSize() {
		return str.size();
	}
}
class Worker1 implements Runnable {
	Repo repo;
	public Worker1(Repo repo) {
		this.repo = repo;
	}
	@Override
	public void run() {
		while (repo.getStr().size() > 0) {
			if (repo.isFlag()) {
				try {
					Thread.sleep(10);
				} catch (InterruptedException e) {
					// TODO Auto-generated catch block
					e.printStackTrace();
				}
				notifyAll();
			} else {
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " finish " + repo.getStr().get(0));
				repo.getStr().remove(0);
				repo.setFlag(true);
				notifyAll();
			}
		}
	}
}
class Worker2 implements Runnable {
	Repo repo;
	public Worker2(Repo repo) {
		this.repo = repo;
	}
	@Override
	public void run() {
		while (repo.getStr().size() > 0) {
			if (!repo.isFlag()) {
				try {
					Thread.sleep(10);
				} catch (InterruptedException e) {

					e.printStackTrace();
				}
				notifyAll();
			} else {
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " finish " + repo.getStr().get(0));
				repo.getStr().remove(0);
				repo.setFlag(false);
				notifyAll();
			}
		}
	}
}

2.2实验总结（不管有没有做出来）

使用ArrayList存储任务，有效保证输入的任务数能全部被录入

要做到交替执行，需要中间桥梁来确认是否执行该任务，这个桥梁就是flag

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)

//201521123023
public static synchronized void addId() {
	id++;
}
public static synchronized void subtractId() {
	id--;
}

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

//21521123023
ExecutorService exec=Executors.newCachedThreadPool();
for(int i=0;i<6;i++){
	if(i<3)
	exec.execute(new Adder());
	else
	exec.execute(new Subtracter());
}
exec.shutdown();

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，剩余个数从0到10皆有，因为生产者与消费者的存取速度不一致，所以会导致生产和消费不一致

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

//201521123023
public synchronized void add(String t) {
	while(repo.size() == capacity) {
		System.out.println("仓库已满!无法添加货物。");
		try {
			wait();
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
	}
	repo.add(t);
	notifyAll();
}
public synchronized void remove() {
	while (repo.size() == 0) {
		System.out.println("仓库无货！无法从仓库取货");
		try {
			wait();
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
	}
	repo.remove(0);
	notifyAll();
}

4.3 选做：使用Lock与Condition对象解决该问题。

//201521123023
private Lock lock=new ReentrantLock();
private Condition condition = lock.newCondition();
public synchronized void add(String t) {
	try{
		lock.lock();
		while(repo.size() == capacity) {
			System.out.println("仓库已满!无法添加货物。");
			try {
				condition.await();
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}
		}
		repo.add(t);
		condition.signalAll();
	}
	finally{
		lock.unlock();
	}

}
public synchronized void remove() {
	try{
		lock.lock();
		while (repo.size() == 0) {
			System.out.println("仓库无货！无法从仓库取货");
			try {
				condition.await();
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}
		}
		repo.remove(0);
		condition.signalAll();
	}
	finally{
		lock.unlock();
	}

}

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)

几个人都想看电视，可电视只有一台；

几个线程都想“自加(减)id”,可id只有一个；

public static  void addId() {
		id++;
}
public static void subtractId() {
	id--;
}

当一个线程addId的同时，另一个线程subtractId，这时id的值到底是啥，谁也不清楚，矛盾就产生了，线程安全问题就出现了。（“不给我看电视？我打你！！！” “我也要看！！！看打！！！”）

3. 码云上代码提交记录

3.1 码云代码提交记录

3.2截图多线程PTA提交列表