201521123003《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。

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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）？

还可以使用Lock对象和Condition对象实现互斥同步访问。

public void deposit(int money) {
	lock.lock();
	try {
		this.balance = getBalance() + money;
	} finally {
		lock.unlock();
	}

}

public synchronized void withdraw(int money) {
	lock.lock();
	this.balance = getBalance() - money;
	try {
		try {
			if (balance < 0) {
				condition.await();
			}
			condition.signalAll();
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
		if (balance < 0) {
			throw new IllegalStateException(balance + "");
		}
	} finally {
		lock.unlock();
	}
}

1.2 同步代码块与同步方法有何区别？

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,显然，两种方法范围不一样，同步方法锁的范围比较大，每个synchronized方法都必须获得调用该方法的实例的锁方能执行，否则所属线程阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到从该方法返回时才将锁释放；而同步代码块范围要小点，当一个线程访问该方法的一个synchronized(this)同步代码块时，其他一个线程仍然可以访问该方法中的非同步代码块，该方法的时间性能更高。

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：当资源被一个任务占用时，在资源上加锁，使其它任务无法对其进行访问，这些任务进入Lock Pool等待，直到资源解锁后，下一个任务方可对该资源加锁和使用。

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;
	}
}

如果有多个线程，则每次只有其中的一个线程获得对象锁，进入addId()、substractId()方法，执行id++、id--。直到该方法结束，同步锁被释放，下一个线程才能获得对象锁。

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？

用wait () 和notify()/notifyAll()实现线程之间的通信，进而实现线程的协同工作，同步访问放到synchronized方法或者代码块中是为了防止多个线程同时访问时，没有互斥机制，会造成冲突混乱。

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2.交替执行

实验总结（不管有没有做出来）

class Repo {

	String[] task;
	int flag = 0;
	int pos = 0;

	public Repo(String items) {
		task = items.split(" ");

	}

	public int getSize() {
		return task.length - pos;

	}

	public synchronized void run1() {

		while (getSize() > 0) {
			if (flag != 0) {
				try {
					wait();
				} catch (InterruptedException e) {

				}
			}
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " finish " + task[pos]);
			pos++;
			flag = 1;
			notify();
		}
	}

	public synchronized void run2() {

		while (getSize() > 0) {
			if (flag != 1) {
				try {
					wait();
				} catch (InterruptedException e) {

				}
			}
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " finish " + task[pos]);
			pos++;
			flag = 0;
			notify();
		}
	}
}

实验总结：利用split()将一行字符串分割成多个不同的任务；由于Worker1与Worker2类，代表两个交替完成任务的类，可以从Repo对象中获取任务，将执行任务1的run1()方法和执行任务2的run2()方法写在Repo类中，用flag在0和1之间变化来切换使用哪个方法，Worker1与Worker2类中的run()方法中只需分别调用run1()方法和run2()方法即可。其中利用wait()和notify()来实现线程相互之间合作。

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**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)

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

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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？

并不是每一次的结果都是0，结果不正常，因为生产者的生产速度和消费者的取货速度不一致，二者没有合作，则可能可出现供给需求不一致的情况。

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。

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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)

多个线程访问同一段代码，可能存在多个线程同时访问代码的情况，线程安全就是如果每次运行的结果和单线程运行的结果一样，不会产生不确定的结果。线程安全一般都用到synchronized标记。

class Counter {
	private static int id = 0;

	public static synchronized void addId() {
		id++;
	}

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

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

正如上述代码，如果没有加关键字synchronized ，多个线程同时访问的话，则出现的答案就有可能不唯一，这与我们预期的结果0相悖，则说明线程是不安全的。加入关键字synchronized ，每次只允许一个线程获得对象锁，就能使运行结果始终为0。

参考文章

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6.选做：实验总结

6.1 4-8（CountDownLatch）实验总结

CountDownLatch latch=new CountDownLatch(n);
ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(poolSize);
for(int i=0;i<n;i++){
	exec.execute(new MyTask(latch));
}

运用Executors.newFixedThreadPool(int nThreads) 创建一个可重用固定线程数的线程池。使这个线程池里最多包含题目所要求的poolSize个线程。

6.2 4-9（集合同步问题）实验总结

直接调用Collections中返回一个线程安全的list的synchronizedList()方法即可。

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

Runnable的run方法无返回值,而我们有时会碰到需要有返回值的情况，这时就需要用到Callable返回计算结果。

Callable(有返回值的任务)经常与Future(异步运算的结果)、ExecutorService合用(提交任务返回运算结果)。

使用ExecutorService对象提交(submit)任务，然后ExecutorService对象返回Future对象，通过Future对象返回异步运算的结果。如下代码所示：

List<CalculateTask> taskList = new ArrayList<CalculateTask>();
List<Future<Integer>> results = new ArrayList<Future<Integer>>();
for(int i=0;i<n;i++){
	taskList.add(new CalculateTask(i));
}
for(int i=0;i<n;i++){
	results.add(exec.submit(taskList.get(i)));
}

public Integer call() throws Exception {
	//返回计算结果，如果无法计算结果，则抛出一个异常
	int a=1,b=1,c;
	for(int i=1;i<n;i++){
		c=a+b;
		a=b;
		b=c;
	}
	return b;
}

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 线程池，这一篇或许就够了

4.4 Java 8 Concurrency Tutorial: Threads and Executors