201871010114-李岩松《面向对象程序设计（java）》第十七周学习总结

项目	内容
这个作业属于哪个课程	https://www.cnblogs.com/nwnu-daizh/
这个作业的要求在哪里	https://www.cnblogs.com/nwnu-daizh/p/11435127.html
作业学习目标	1) 理解和掌握线程的优先级属性及调度方法； (2) 掌握线程同步的概念及实现技术； (3) Java线程综合编程练习

第一部分：总结线程同步技术

当我们使用多个线程访问同一资源的时候，且多个线程中对资源有写的操作，就容易出现线程安全问题。
要解决上述多线程并发访问一个资源的安全性问题:也就是解决重复票与不存在票问题，Java中提供了同步机制
(synchronized)来解决。
根据案例简述：

窗口1线程进入操作的时候，窗口2和窗口3线程只能在外等着，窗口1操作结束，窗口1和窗口2和窗口3才有机会进入代码
去执行。也就是说在某个线程修改共享资源的时候，其他线程不能修改该资源，等待修改完毕同步之后，才能去抢夺CPU
资源，完成对应的操作，保证了数据的同步性，解决了线程不安全的现象。

有三种方式完成同步操作：

1. 同步代码块。
2. 同步方法。
3. 锁机制。

同步代码块：

synchronized 关键字可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。
格式:
同步锁:
对象的同步锁只是一个概念,可以想象为在对象上标记了一个锁.
1. 锁对象可以是任意类型。
2. 多个线程对象要使用同一把锁。
注意:在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁,谁拿到锁就进入代码块,其他的线程只能在外等着
(BLOCKED)。

public class Ticket implements Runnable{

private int ticket = 100;

Object lock = new Object();

/*

* 执行卖票操作

*/

@Override

public void run() {

//每个窗口卖票的操作

//窗口 永远开启

while(true){

synchronized (lock) {

if(ticket>0){//有票 可以卖

//出票操作

//使用sleep模拟一下出票时间

try {

Thread.sleep(50);

} catch (InterruptedException e) {

// TODO Auto‐generated catch block

e.printStackTrace();

}

//获取当前线程对象的名字

String name = Thread.currentThread().getName();

System.out.println(name+"正在卖:"+ticket‐‐);

}

}

}

同步方法:使用synchronized修饰的方法,就叫做同步方法,保证A线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外
等着。
格式：
同步锁是谁?
对于非static方法,同步锁就是this。
对于static方法,我们使用当前方法所在类的字节码对象(类名.class)。

public class Ticket implements Runnable{

private int ticket = 100;

/*

* 执行卖票操作

*/

@Override

public void run() {

//每个窗口卖票的操作

//窗口 永远开启

while(true){

sellTicket();

}

}

/*

* 锁对象 是 谁调用这个方法 就是谁

* 隐含 锁对象 就是 this

*

*/

public synchronized void sellTicket(){

if(ticket>0){//有票 可以卖

//出票操作

//使用sleep模拟一下出票时间

try {

Thread.sleep(100);

} catch (InterruptedException e) {

// TODO Auto‐generated catch block

e.printStackTrace();

Lock锁
java.util.concurrent.locks.Lock 机制提供了比synchronized代码块和synchronized方法更广泛的锁定操作,
同步代码块/同步方法具有的功能Lock都有,除此之外更强大,更体现面向对象。
Lock锁也称同步锁，加锁与释放锁方法化了，如下：
public void lock() :加同步锁。
public void unlock() :释放同步锁。

public class Ticket implements Runnable{

private int ticket = 100;

Lock lock = new ReentrantLock();

/*

* 执行卖票操作

*/

@Override

public void run() {

//每个窗口卖票的操作

//窗口 永远开启

while(true){

lock.lock();

if(ticket>0){//有票 可以卖

//出票操作

//使用sleep模拟一下出票时间

try {

Thread.sleep(50);

} catch (InterruptedException e) {

// TODO Auto‐generated catch block

e.printStackTrace();

}

//获取当前线程对象的名字

String name = Thread.currentThread().getName();

System.out.println(name+"正在卖:"+ticket‐‐);

}

lock.unlock();

}

}

}

第二部分：实验部分

1、实验目的与要求

(1) 掌握线程同步的概念及实现技术；

(2) 线程综合编程练习

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 线程;

/**

 * This program shows how multiple threads can safely access a data structure.

 * @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);//创建银行类

      for (int i = 0; i < NACCOUNTS; i++)

      {

         int fromAccount = i;

         //Runnable类创建多线程

         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);//实现Thread类

         t.start();

      }

   }

}

package synch;

import java.util.*;

import java.util.concurrent.locks.*;

/**

 * A bank with a number of bank accounts that uses locks for serializing access.

 * @version 1.30 2004-08-01

 * @author Cay Horstmann

 */

public class Bank

{

   private final double[] accounts;//创建一个账户数组

   private Lock bankLock;

   private Condition sufficientFunds;

   /**

    * Constructs the bank.

/*    * @param n the number of accounts

    * @param initialBalance the initial balance for each account

    */

   public Bank(int n, double initialBalance)//创建构造方法bank

   {

      accounts = new double[n];

      Arrays.fill(accounts, initialBalance);

      bankLock = new ReentrantLock();//创建一个ReentrankLock对象，名为bankLock

      sufficientFunds = bankLock.newCondition();//调用newCondition方法获得一个条件对象

   }

   /**

    * Transfers money from one account to another.

    * @param from the account to transfer from

    * @param to the account to transfer to

    * @param amount the amount to transfer

    */

   public void transfer(int from, int to, double amount) throws InterruptedException

   //创建转账的方法

   {

      bankLock.lock();//获取一个锁，如果锁同时被另一个线程拥有则发生阻塞

      try

      {

         while (accounts[from] < amount)//判断账户余额是否少于要转账的金额

            sufficientFunds.await();//让线程进入阻塞状态

         System.out.print(Thread.currentThread());

         accounts[from] -= amount;//进行转账操作

         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();//解除等待线程的阻塞

      }

      finally

      {

         bankLock.unlock();

      }

   }

   /**

    * Gets the sum of all account balances.

    * @return the total balance

    */

   public double getTotalBalance()

   {

      bankLock.lock();

      try

      {

         double sum = 0;

         for (double a : accounts)

            sum += a;

         return sum;

      }

      finally

      {

         bankLock.unlock();

      }

   }

   /**

    * Gets the number of accounts in the bank.

    * @return the number of accounts

    */

   public int size()

   {

      return accounts.length;

   }

}

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;

/**

 * This program shows how multiple threads can safely access a data structure,

 * using synchronized methods.

 * @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 线程;

import java.util.*;

/**

 * A bank with a number of bank accounts that uses synchronization primitives.

 * @version 1.30 2004-08-01

 * @author Cay Horstmann

 */

public class Bank

{

   private final double[] accounts;//创建一个数组类型的账户

   /**

    * Constructs the bank.

    * @param n the number of accounts

    * @param initialBalance the initial balance for each account

    */

   public Bank(int n, double initialBalance)//创建构造方法bank

   {

      accounts = new double[n];

      Arrays.fill(accounts, initialBalance);//初始平衡每个帐户的初始余额

   }

   /**

    * Transfers money from one account to another.

    * @param from the account to transfer from

    * @param to the account to transfer to

    * @param amount the amount to transfer

    */

   public synchronized void transfer(int from, int to, double amount) throws InterruptedException

   //使用synchronsized修饰的方法，使其为同步方法

   {

      while (accounts[from] < amount)//判断账户余额是否少于要转账的金额

         wait();//如果是让该线程进入wait方法，线程的阻塞

      System.out.print(Thread.currentThread());

      accounts[from] -= amount;//进行转账操作

      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();//接触那些在 对象上调用wait方法的线程阻塞状态

   }

   /**

    * Gets the sum of all account balances.

    * @return the total balance

    */

   public synchronized double getTotalBalance()//synchronized所修饰的方法

   {

      double sum = 0;

      for (double a : accounts)//对账户进行遍历，得到账户是总额

         sum += a;

      return sum;

   }

   /**

    * Gets the number of accounts in the bank.

    * @return the number of accounts

    */

   public int size()

   {

      return accounts.length;

   }

}

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();

  }

}

问题：由于多个线程同时进行执行，影响线程安全

解决代码：

package 线程;

import java.util.concurrent.locks.Lock;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Cbank {

    static Lock lock=new ReentrantLock();

    private static int s = 2000;

    public static  void sub(int m) {

          lock.lock();

        int temp = s;

        temp = temp - m;

        try {

            Thread.sleep((int) (1000 * Math.random()));

        } catch (InterruptedException e) {

        }

        s = temp;

        System.out.println("s=" + s);

        lock.unlock();

    }

}

package 图像程序设计;

import 线程.Customer;

public class Thread3 {

    public static void main(String[] args) {

        {

            Customer customer1 = new Customer();

            Customer customer2 = new Customer();

            customer1.start();

            customer2.start();

        }

    }

}

package 线程;

import java.util.concurrent.locks.Lock;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Customer extends Thread {

//    Object lock = new Object();

//    Lock lock=new ReentrantLock();

    public void run() {

        //synchronized (lock) {

            for (int i = 1; i <= 4; i++) {

                Cbank cbank = new Cbank();

                cbank.sub(100);

            //}

        }

    }

}

第二种:

package border;

class Cbank

{

     private static int s=2000;

     public  static synchronized 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();

  }

}

运行截图：

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

编程代码：

package 线程;

public class Tickets {

public static void main(String[] args) {

    Ticket ticket=new Ticket();

    Thread t1= new Thread(ticket,"Thread-0");

    Thread t2 = new Thread(ticket,"Thread-1");

    Thread t3 = new Thread(ticket,"Thread-2");

    t1.start();

    t2.start();

    t3.start();

}

}

package 线程;

import java.util.concurrent.locks.Lock;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Ticket implements Runnable {

    private int ticket =1;

    Lock lock = new ReentrantLock();

    @Override

    public void run() {

        // TODO Auto-generated method stub

        while (true) {

            // 每个窗口永远开启

            lock.lock();

            if (ticket <=10) {

                try {

                    Thread.sleep(50);

                } catch (InterruptedException e) {

                    e.printStackTrace();

                }

                // 获得当前线程对象名字

                String name = Thread.currentThread().getName();

                System.out.println(name + "窗口售:第" + ticket+++"张票");

            }

            lock.unlock();

        }

    }

}

实验总结：本周学习不算很多，理解起来也比较容易，学习了同步线程的相关问题，了解了并发多线程的两种解决方法，一种是锁对象，还有一种是synchronized关键字。理解和应用也较为简单，很感谢学长一学期的帮助，Java学习的过程还需要更加努力。

巴特西

201871010114-李岩松《面向对象程序设计（java）》第十七周学习总结

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