201521123005 《Java程序设计》 第十一周学习总结

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。

2. 书面作业##

本次PTA作业题集多线程

Q1.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Lock和Condition对象
class Account{
	private int balance;
	private Lock poolLock = new ReentrantLock();
	private Condition condition = poolLock.newCondition();
    public Account(int balance) {
		super();
		this.balance = balance;
	}
    public  int getBalance() {
		return balance;
	}
    public  void deposit(int money){
                poolLock.lock();
		try{
			this.balance=getBalance() + money;
			condition.signal();
		}
		finally
		{
			poolLock.unlock();
		}
	}
	public  void withdraw(int money){
                poolLock.lock();
		try{
			while (getBalance() <money) {
				try {
					condition.await();
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
			}
			this.balance=getBalance() - money;
			condition.signal();
		}
		finally{
			poolLock.unlock();
		}
	}
}

1.2 同步代码块与同步方法有何区别？

同步方法就是在方法前加关键字synchronized，然后被同步的方法一次只能有一个线程进入，其他线程等待。而同步方法则是在方法内部使用大括号使得一个代码块得到同步。同步块会有一个同步的”目标“，使得同步块更加灵活一些（同步块可以通过”目标“决定需要锁定的对象）。一般情况下，如果此”目标“为this，那么同步方法和同步块没有太大的区别。

也就是说同步代码和同步方法是一样的，同步方法作用于整个方法，同步代码块作用于整个代码块而已。同步方法直接在方法上加synchronized实现加锁，同步代码块则在方法内部加锁，很明显，同步方法锁的范围比较大，而同步代码块范围要小点。

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？

实现互斥访问的原理是:同一时刻，只能有一个线程访问临界资源。即在同一时刻，只能有一个线程获得某个资源的锁，访问该资源，其他线程无法访问它直至该资源被解锁。
class Counter {
	private static int id = 0;
	public synchronized static void addId() {
		id++;
	}
	public synchronized static void subtractId() {
		id--;
	}
	public static int getId() {
		return id;
	}
}

假设Thread t1 = new Thread(new Adder());Thread t2 = new Thread(new Subtracter());id=0;（线程t1调用add方法，同时线程B调用sub方法，id的初始值为0）。
当程序执行synchronized同步代码块或者同步方法时，操作步骤如下：
1.线程t1获得id的锁，读取id的值，为0；（线程t2等待）
2.线程t1在取到的值上加1，结果为1；
3.线程t1将结果存回id，id=1，id的锁被解锁资源释放；
4.线程t2获得id上的锁，读取id的值，为1；
5.线程t2在取到的值上减1，结果为0
6.线程t2将结果存回id，id现在为0，id的锁被解锁资源释放；

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？

（1）Java中可以用wait () 和notify()/notifyAll()方法来协调线程间的运行进度关系，或者使用Condition对象。
（2）同步访问放到synchronized方法或者代码块中是为了防止多个线程访问同一资源所引起冲突。

Q2.交替执行

实验总结

关键代码：

先是建立Repo类；Worker1和Worker2类继承Runnable接口。因为Worker1和Worker2类可以从Repo对象中获取任务。所以Repo类中有run1()和run2()方法分别用synchronized关键字修饰。run1（）循环条件是getSize()>0,当flag！=true时，输出并使flag的值为true。当flag为true时，work1线程等待换work2执行。run2（）循环条件也是getSize()>0,当flag！=false时，输出并使flag的值为false。当flag为falsee时，work2线程等待换work1执行。通过这两个函数达到交替执行的结果。

Q3.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)

参考资料:Java多线程之Executor、ExecutorService、Executors、Callable、Future与FutureTask

使用Executor执行线程

Q4.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？

从运行结果代码看，发现每次的运行结果不都是仓库还剩0个货物，所以结果不正常。因为共享仓库中只能存放一个数据，可能出现问题有:1. 生产者比消费者快时，消费者来不及取数据；2. 消费者比生产者快时，消费者可能取不到数据。所以才会出现结果不为0的情况。应在public synchronized void add(String t)和public synchronized void remove()的方法体中加上有wait()和notify()函数来实现线程之间的合作。

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。

Q5.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)

java中的线程安全就是线程同步的意思，就是当一个程序对一个线程安全的方法或者语句进行访问的时候，其他的不能再对他进行操作了，必须等到这次访问结束以后才能对这个线程安全的方法进行访问。

线程安全：如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。或者说:一个类或者程序所提供的接口对于线程来说是原子操作或者多个线程之间的切换不会导致该接口的执行结果存在二义性,也就是说我们不用考虑同步的问题。

线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则就可能影响线程安全。

存在竞争的线程不安全，不存在竞争的线程就是安全的

拿4.1TestUnSynchronizedThread.java源代码来说，还没修改之前，运行结果不正常，这就是线程不安全引起的，即不能线程同步。线程安全是通过线程同步控制来实现的，也就是synchronized关键字。使用synchronized关键字，就可以确保一次只能有一个线程在访问共享资源，而不是多个线程同时访问共享资源，这样就可以避免多个线程共同使用共享资源。线程安全是对多线程而言，单线程就不存在线程安全的问题。所以单个线程的时候可以不用synchronized关键字。线程安全使用synchronized，性能会有一定的降低。

Q6.选做：实验总结

6.1 4-8（CountDownLatch）实验总结

一开始我使用的是submit，提交后说运行超时。查了JDK后知道它会提交一个返回值的任务用于执行，返回一个表示任务的未决结果的 Future。该 Future 的 get 方法在成功完成时将会返回该任务的结果。所以就改成execute。一般需要对异常处理的时候用submit，而且它有返回值，execute就没有返回值。

6.2 4-9（集合同步问题）实验总结

Collections.synchronizedList(new ArrayList<Integer>());
ArrayList, LinkedList等都不是线程安全的。多个线程同时在这些对象上进行访问与修改可能会带来同步问题。为了解决这个问题，可以使用Collections.synchronizedList();
注意：
class BadListHelper <E> {
    public List<E> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<E>());  

    public synchronized boolean putIfAbsent(E x) {
        boolean absent = !list.contains(x);
        if (absent)
            list.add(x);
        return absent;
    }
}
这个类是线程不安全，虽然putIfAbsent方法加了synchronized但是putIfAbsent方法和List并不是使用的同一个锁对象，List使用的锁对象并不是BadListHelper，而是list。假如A线程进入putIfAbsent方法，list这个锁并没有被获取（A线程获取的是 BadListHelper这个对象），所以其他线程还能够获得list锁对象来改变list对象。boolean absent = !list.contains(x);当线程到这串代码结束时，其他线程获得list锁对象，从而就能调用list的方法来改变list对象，这时候就可能导致!list.contains(x)改变。
正确写法如下：
class GoodListHelper <E> {
    public List<E> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<E>());  

    public boolean putIfAbsent(E x) {
        synchronized (list) {  //获得list锁对象，其他线程将不能获得list锁来来改变list对象。
            boolean absent = !list.contains(x);
            if (absent)
                list.add(x);
            return absent;
        }
    }
}

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

Q7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？

直接使用BlockingQueue，会自动处理同步化、wait()和notify()的执行,所以不需要显示的使用wait、notify。BlockingQueue有不同的实现类。如ArrayBlockingQueue是一个有边界的阻塞队列，它的内部实现是一个数组。有边界的意思是它的容量是有限的，我们必须在其初始化的时候指定它的容量大小，容量大小一旦指定就不可改变。
它的优点是比wait、notify方便。

7.3 使用Condition解决生产者、消费者问题。

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 线程池，这一篇或许就够了

4.4 Java 8 Concurrency Tutorial: Threads and Executors