Java 多线程程序设计
课程 Java面向对象程序设计
一、实验目的
掌握多线程程序设计
二、实验环境
1、微型计算机一台
2、WINDOWS操作系统,Java SDK,Eclipse开发环境
三、实验内容
1、Java有两种实现多线程的方式:通过Runnable接口、通过Thread直接实现,请掌握这两种实现方式,并编写示例程序。
2、多线程是并发执行的,交替占有cpu执行,请编写示例程序,并观察输出结果。
3、编写程序实现生产者消费者问题代码,采用线程同步机制来解决多线程共享冲突问题。
四、实验步骤和结果
1、Java有两种实现多线程的方式:通过Runnable接口、通过Thread直接实现,请掌握这两种实现方式,并编写示例程序。
(1)通过Runnable接口实现多线程:
定义实现java.lang.Runnable接口的类,Runnable接口中只有一个run()方法,用来定义线程运行体。代码(MyRunner.java)如下:
package CreateThread; import java.util.TreeMap; public class MyRunner implements Runnable{ //实现Runnable接口 public void run(){ for (int i = 0; i <20; i++) { //要在线程中执行的代码 System.out.println("MyRunner:"+i); } } public static void main(String[] args) { Thread thread1=new Thread(new MyRunner()); thread1.start(); } }
程序执行结果截图如下:
(2)通过Thread实现多线程:将类定义为Thread类的子类,并重写run()方法。代码(MyThread.java)如下
package CreateThread; public class MyThread extends Thread { public void run(){ for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println("MyThread:"+i); } } public static void main(String[] args) { Thread thread2=new MyThread(); thread2.start(); } }
2、多线程是并发执行的,交替占有cpu执行,编写示例程序如下,主线程先执行,然后启动两个新线程,但这两个新线程并没有立刻得到执行,而是统一由JVM根据时间片来调度,调度到哪个线程,就由哪个线程执行片刻。并且这两个新线程应该是交替显示结果,如果没有交替显示,可能是机器性能较好,在单位时间片内已经完成了循环运算,我们可以将循环次数更改为2000或更高值再行测试。多运行几次,每次的输出结果都不可能相同,说明JVM调度线程的执行顺序是随机的。
测试代码(ConcurrentExecutionThread.java)如下所示:
package CreateThread; public class ConcurrentExecutionThread { public static void main(String[] args) { System.out.println("主线程开始执行"); Thread thread1=new Thread(new MyRunner()); thread1.start(); System.out.println("启动一个新线程(thread1)..."); Thread thread2=new MyThread(); thread2.start(); System.out.println("启动另一个新线程(thread2)..."); System.out.println("主线程执行完毕"); } }
程序运行结果为:
3、编写程序实现生产者消费者问题代码,采用线程同步机制来解决多线程共享冲突问题。
(1)编写产品类
生产者要生产产品,消费者要消费产品,所以产品要提供一个含有标识的id属性,另外要在生产或消费时打印产品的详细内容,所以需要重写toString()方法,产品类(Products.java)代码如下:
package SynchronizedThread; //编写产品类 public class Products { int id; public Products() { super(); } public Products(int id) { super(); this.id = id; } public String toString() { return "Products [id=" + id + "]"; } }
(2)编写店员类(Clerk.java)
店员一次只能持有10份产品,如果生产者生产的产品多于10份,则会让当前的正在此对象上操作的线程等待。一个线程访问addProduct方法时,它已经拿到这个锁了,当遇到产品大于10份时,它会阻塞。而且,只有锁定对象后才可以用wait方法,否则会出错。并且,notify与wait一般是一一对应的。
package SynchronizedThread; //编写店员类 public class Clerk { int index=0;//默认为0个产品 Products[] pro=new Products[10]; //生产者生产出来的产品交给店员 public synchronized void addProduct(Products pd){ while (index==pro.length) { try { this.wait();//产品已满,请稍后再生产 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } this.notify();//通知等待区的消费者可以取产品了 pro[index]=pd; index++; } //消费者从店员处取产品 public synchronized Products getProduct(){ while (index==0) { try { this.wait(); //缺货,请稍后再取。 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } this.notify();//通知等待区的生产者可以生产产品了 index--; return pro[index]; } }
(3)编写生产者线程类(Producer.java)
生产者与店员有关系,所以店员类被当做属性引入进来,通过构造器完成初始化店员类对象的任务。为了凸显效果,每生产一个产品后让线程睡眠一会儿。
package SynchronizedThread; //编写生产者线程类 public class Producer implements Runnable { //生产者线程要执行的任务 private Clerk clerk; public Producer() { super(); } public Producer(Clerk clerk) { super(); this.clerk = clerk; } public void run() { System.out.println("生产者开始生产产品"); for (int i = 0; i <15; i++) {//注意此处的循环次数一定要大于pro数组的长度(10) Products pd=new Products(i); clerk.addProduct(pd);//生产产品 System.out.println("生产了:"+pd); try { //睡眠时间用随机产生的值来设置 Thread.sleep((int)(Math.random()*10)*100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }
(4)编写消费者线程类(Consumer.java)
消费者与店员也有关系,所以店员类被当做属性引入进来,同样通过构造器完成初始化店员类对象的任务。
package SynchronizedThread; //编写消费者线程类 public class Consumer implements Runnable {//消费者线程要执行的任务 private Clerk clerk; public Consumer() { super(); } public Consumer(Clerk clerk) { super(); this.clerk = clerk; } public void run() { System.out.println("消费者开始取走产品"); for (int i = 0; i <15; i++) {//注意此处的循环次数一定要大于pro数组的长度(10) //取产品 Products pd=clerk.getProduct(); System.out.println("消费了:"+pd); try { //睡眠时间用随机产生的值来设置 Thread.sleep((int)(Math.random()*10)*100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }
(5)编写生产者消费者问题的测试类( ProducerAndConsumerTest.java)
创建生产者和消费者线程,然后分别调度线程。
package SynchronizedThread; //生产者消费者问题测试 public class ProducerAndConsumerTest { public static void main(String[] args) { Clerk clerk=new Clerk(); Thread producerThread=new Thread(new Producer(clerk));//创建生产者线程 Thread consumerThread=new Thread(new Consumer(clerk));//创建消费者线程 producerThread.start(); consumerThread.start(); } }
(6)运行程序,在控制台得到的输出结果如下所示:
五、实验总结
1.本次实验按时按量完成。
2.线程和进程的区别:
在操作系统中能同时运行多个任务(程序)叫做多进程;在同一应用程序中多条执行路径并发执行叫做多线程。
(1)每个进程都有独立的代码和数据空间(进程上下文),进程间的切换开销大。
(2)同一进程内的多个线程共享相同的代码和数据空间,每个线程有独立的运行栈和程序计数器(PC),线程间的切换开销小。
通常,在以下情况中可能要使用到多线程:
(1)程序需要同时执行两个或多个任务。
(2)程序需要实现一些需要等待的任务时,如用户输入、文件读写操作、网络操作、搜索等。
(3)需要一些后台运行的程序时。
3.线程同步的方法:为了共享区域的安全,可以通过关键字synchronized来加保护伞,以保证数据的安全。synchronized主要应用于同步代码块和同步方法中。
(1) 同步方法:synchronized放在方法声明中,表示整个方法为同步方法。
(2) 同步代码块:把线程体内执行的方法中会操作到共享数据的语句封装在{}之内,然后用synchronized放在某个对象前面修饰这个代码块。
如果一个线程调用了synchronized修饰的方法,它就能够保证该方法在执行完毕前不会被另一个线程打断,这种运行机制叫作同步线程机制。
4.在生产者线程类与消费者线程类中,设置让线程睡眠的时间如果是一样的,运行结果中会出现“生产一个消费一个,生产与消费时成对出现的“的这个不符合现实的现象。这时需要修改线程的睡眠时间,把睡眠时间用随机产生的值来设置。这样之后,再次运行程序,可以看到有时候生产了多个产品后,消费者才开始消费。
posted on 2015-11-05 10:51 CuriousZero 阅读(3794) 评论(0) 编辑 收藏 举报