一.理論知識部分

Java 的線程調度采用優先級策略:優先級高的先執行，優先級低的後執行；多線程系統會自動為每個線程分配一個優先級，缺省時，繼承其父類的優先級； 任務緊急的線程，其優先級較高； 同優先級的線程按“先進先出”的隊列原則。

調用setPriority(int a)重置當前線程的優先級，a取值可以是前述的三個靜態量。調用getPriority()獲得當前線程優先級。

多線程並發運行不確定性問題解決方案：引入線程同步機制，使得另一線程要使用該方法，就只能等待。

在Java中解決多線程同步問題的方法有兩種：J ava SE 5.0中引入ReentrantLock類。 在共享內存的類方法前加synchronized修飾符。

有關鎖對象和條件對象的關鍵要點:鎖用來保護代碼片段，保證任何時刻只能有一個線程執行被保護的代碼。鎖管理試圖進入被保護代碼段的線程。鎖可擁有一個或多個相關條件對象。每個條件對象管理那些已經進入被保護的代碼 段但還不能運行的線程。

synchronized關鍵字作用： 某個類內方法用synchronized 修飾後，該方法被稱為同步方法；只要某個線程正在訪問同步方法，其他線程欲要訪問同步方法就被阻塞，直至線程從同 步方法返回前喚醒被阻塞線程，其他線程方可能進入同步方法。

在同步方法中使用wait()、notify 和notifyAll()方法：一個線程在使用的同步方法中時，可能根據問題的需要，必須使用wait()方法使本線程等待，暫時讓出CPU的使用權，並允許其它線程使用這個同步方法。線程如果用完同步方法，應當執行notifyAll()方 法通知所有由於使用這個同步方法而處於等待的線程結束等待。

實驗十七 線程同步控制

實驗時間 2018-12-10

1、實驗目的與要求

(1) 掌握線程同步的概念及實現技術；

(2) 線程綜合編程練習

2、實驗內容和步驟

實驗1：測試程序並進行代碼註釋。

測試程序1：

l 在Elipse環境下調試教材651頁程序14-7，結合程序運行結果理解程序；

l 掌握利用鎖對象和條件對象實現的多線程同步技術。

package synch;

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;

   /**
    * Constructs the bank.
    * @param n the number of accounts
    * @param initialBalance the initial balance for each account
    */
   public Bank(int n, double initialBalance)
   {
      accounts = new double[n];
      Arrays.fill(accounts, initialBalance);
   }

   /**
    * 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
   {
      while (accounts[from] < amount)
         wait();
      System.out.print(Thread.currentThread());
      accounts[from] -= amount;
      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();
   }

   /**
    * Gets the sum of all account balances.
    * @return the total balance
    */
   public synchronized double getTotalBalance()
   {
      double sum = 0;

      for (double a : accounts)
         sum += a;

      return sum;
   }

   /**
    * Gets the number of accounts in the bank.
    * @return the number of accounts
    */
   public int size()
   {
      return accounts.length;
   }
}

package synch;

/**
 * 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);
      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 (Interrupt

測試程序2：

l 在Elipse環境下調試教材655頁程序14-8，結合程序運行結果理解程序；

l 掌握synchronized在多線程同步中的應用。

package synch2;

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;

   /**
    * Constructs the bank.
    * @param n the number of accounts
    * @param initialBalance the initial balance for each account
    */
   public Bank(int n, double initialBalance)
   {
      accounts = new double[n];
      Arrays.fill(accounts, initialBalance);
   }

   /**
    * 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
   {
      while (accounts[from] < amount)
         wait();
      System.out.print(Thread.currentThread());
      accounts[from] -= amount;
      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();
   }

   /**
    * Gets the sum of all account balances.
    * @return the total balance
    */
   public synchronized double getTotalBalance()
   {
      double sum = 0;

      for (double a : accounts)
         sum += a;

      return sum;
   }

   /**
    * Gets the number of accounts in the bank.
    * @return the number of accounts
    */
   public int size()
   {
      return accounts.length;
   }
}

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();
      }
   }
}

測試程序3：

l 在Elipse環境下運行以下程序，結合程序運行結果分析程序存在問題；

l 嘗試解決程序中存在問題。

實驗2 編程練習

利用多線程及同步方法，編寫一個程序模擬火車票售票系統，共3個窗口，賣10張票，程序輸出結果類似（程序輸出不唯一，可以是其他類似結果）。

Thread-0窗口售：第1張票

Thread-0窗口售：第2張票

Thread-1窗口售：第3張票

Thread-2窗口售：第4張票

Thread-2窗口售：第5張票

Thread-1窗口售：第6張票

Thread-0窗口售：第7張票

Thread-2窗口售：第8張票

Thread-1窗口售：第9張票

Thread-0窗口售：第10張票

package synch;
public class SynchBankTest {
    /**
     * java多線程同步鎖的使用
    * 示例：三個售票窗口同時出售10張票
    * */
    public static void main(String[] args) {
        //實例化站臺對象，並為每一個站臺取名字
        Station station1=new Station("窗口1");
         Station station2=new Station("窗口2");
         Station station3=new Station("窗口3");
     
        // 讓每一個站臺對象各自開始工作
        station1.start();
         station2.start();
         station3.start();
     
    }
 
}

package synch;

public class Station extends Thread {
      
    // 通過構造方法給線程名字賦值
   public Station(String name) {
         super(name);// 給線程名字賦值
   }
     
    // 為了保持票數的一致，票數要靜態
   static int tick = 10;
     
    // 創建一個靜態鑰匙
   static Object ob = "aa";//值是任意的
    
    // 重寫run方法，實現買票操作
   @Override
    public void run() {
        while (tick > 0) {
            synchronized (ob) {// 這個很重要，必須使用一個鎖，
               // 進去的人會把鑰匙拿在手上，出來後才把鑰匙拿讓出來
               if (tick > 0) {
                    System.out.println(getName() + "售出了第" + tick + "張票");
                    tick--;
                } else {
                    System.out.println("票賣完了");
                }
            }
            try {
                 sleep(1000);//休息一秒
           } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
         
        }
}

}

實驗總結：

通過這次實驗學習到了很多東西，主要掌握了多線程在程序中的的實現。本周實驗還是挺輕松的，自己順利的完成了。

馬凱軍201771010116《面向對象與程序設計Java》第十七周學習總結