并行计算实验报告一.docx
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并行计算实验报告一
并行计算实验报告一
江苏科技大学
计算机科学与工程学院
实验报告
评定成绩指导教师实验课程:
并行计算
宋英磊实验名称:
Java多线程编程
学号:
姓名:
班级:
完成日期:
2014年04月22日
1.1实验目的
（1）掌握多线程编程的特点;
（2）了解线程的调度和执行过程;
（3）掌握资源共享访问的实现方法。
1.2知识要点
1.2.1线程的概念
（1）线程是程序中的一个执行流,多线程则指多个执行流;
（2）线程是比进程更小的执行单位,一个进程包括多个线程;
（3）Java语言中线程包括3部分:
虚拟CPU、该CPU执行的代码及代码所操作的数据。
（4）Java代码可以为不同线程共享，数据也可以为不同线程共享;1.2.2线程的创建
（1）方式1:
实现Runnable接口
Thread类使用一个实现Runnable接口的实例对象作为其构造方法的参数，该对象提供了run方法，启动Thread将执行该run方法;
（2）方式2:
继承Thread类
重写Thread类的run方法;
1.2.3线程的调度
（1）线程的优先级
取值范围1,10，在Thread类提供了3个常量，MIN_PRIORITY=1、MAX_
PRIORITY=10、NORM_PRIORITY=5;
用setPriority（）设置线程优先级，用getPriority（）获取线程优先级;,子线程继承父线程的优先级，主线程具有正常优先级。
（2）线程的调度:
采用抢占式调度策略，高优先级的线程优先执行，在Java中，系统
按照优先级的级别设置不同的等待队列。
1.2.4线程的状态与生命周期
说明:
新创建的线程处于“新建状态”，必须通过执行start（）方法，让其进入到“就绪状态”，处于就绪状态的线程才有机会得到调度执行。
线程在运行时也可能因资源等待或主动睡眠而放弃运行,进入“阻塞状态”,线程执行完毕，或主动执行stop方法将进入“终止状态”。
1.2.5线程的同步--解决资源访问冲突问题
（1）对象的加锁
所有被共享访问的数据及访问代码必须作为临界区，用synchronized加锁。
对象的同步代码的执行过程如图14-2所示。
synchronized关键字的使用方法有两种:
用在对象前面限制一段代码的执行，表示执行该段代码必须取得对象锁。
在方法前面，表示该方法为同步方法,执行该方法必须取得对象锁。
（2）wait（）和notify（）方法
用于解决多线程中对资源的访问控制问题。
wait（）方法:
释放对象锁，将线程进入等待唤醒队列;
notify（）方法:
唤醒等待资源锁的线程，让其进入对象锁的获取等待队列。
（3）避免死锁
指多个线程相互等待对方释放持有的锁，并且在得到对方锁之前不会释放自己的锁。
1.3上机测试下列程序
样例1:
利用多线程编程编写一个龟兔赛跑程序。
乌龟:
速度慢，休息时间短;
兔子:
速度快，休息时间长;
【参考程序1】字符方式下实现方案
classAnimalextendsThread{
intspeed;//速度
publicAnimal（Stringstr,intspeed）{
super（str）;//线程名用动物名代表
this.speed=speed;
}
publicvoidrun（）{
intdistance=0;
intsleepTime;
while（distance<=1000）{
System.out.println（getName（）+"isat"+distance）;
try{
distance+=speed;//每次跑的距离简单用速度计算
sleepTime=（int）（speed+Math.random（）*speed）;//速度快休息时间要
长
sleep（sleepTime）;
}catch（InterruptedExceptione）{}
}
}
}
publicclassRace{
publicstaticvoidmain（Stringarg[]）{
Animala1,a2;
a1=newAnimal（"rabit",100）;
a2=newAnimal（"turtle",20）;
a2.setPriority（Thread.MAX_PRIORITY）;//让乌龟的运行优先级更高
a1.start（）;
a2.start（）;
}
}
【编程技巧】
（1）速度快，跑的距离增加也
快，这里简单地将速度加到距离上，
未考虑跑的时间;
（2）为了让乌龟得到更多的运
行机会，采取两项措施，一让线程的
睡眠时间与速度成正比，二是让乌龟
得到更高的优先级。
【参考程序2】—图形方式下，图14-3为程序的运行演示。
publicclassrunnerextendsAppletimplementsRunnable{
intBeginX=10,EndX=200;//起点和终点的x坐标
intRabbitX=BeginX,RabbitY=100;//兔子的起点
intTortoiseX=BeginX,TortoiseY=200;//乌龟的起点
intRabbitRestTime=800,TortoiseRestTime=50;//各自休息时间
intRabbitSpeed=15,TortoiseSpeed=1;//各自速度
intstate=0;//比赛状态，0代表比赛进行中，1代表兔子赢，2代表乌龟赢
Threadrabbit;
Threadtortoise;
{publicvoidinit（）
rabbit=newThread（this,"rabbit"）;//创建名为rabit的线程
tortoise=newThread（this,"tortoise"）;//创建名为tortoise的线
程
}
publicvoidpaint（Graphicsg）{
g.drawString（"龟",TortoiseX,TortoiseY）;
g.drawString（"兔",RabbitX,RabbitY）;
g.setColor（Color.red）;
for（intj=70;j<=230;j+=10）g.drawString（"|",EndX+8,j）;//绘制终
点线
g.setColor（Color.black）;
if（state==1）g.drawString（"兔子赢了!
!
",250,300）;
elseif（state==2）g.drawString（"乌龟赢了!
!
",250,300）;
}
publicvoidstart（）{
rabbit.start（）;
tortoise.start（）;
}
publicvoidrun（）{
StringcurrentRunning;
while（state==0）{
currentRunning=Thread.currentThread（）.getName（）;
//得到当前线程的名程
if（currentRunning.equals（"rabbit"））{//是兔子
try{
Thread.sleep（（int）（Math.random（）*RabbitRestTime））;
}
catch（InterruptedExceptione）{}
RabbitX+=RabbitSpeed;
if（RabbitX>EndX）RabbitX=EndX;
}
elseif（currentRunning.equals（"tortoise"））{//是乌龟
try{
Thread.sleep（（int）（Math.random（）*TortoiseRestTime）
）;
}
catch（InterruptedExceptione）{}
TortoiseX+=TortoiseSpeed;
if（TortoiseX>EndX）TortoiseX=EndX;
}
if（RabbitX==EndX）state=1;
elseif（TortoiseX==EndX）state=2;
repaint（）;
}
}
}
【编程技巧】
（1）创建两个代表兔子和乌龟的线程，根据线程名决定各自的速度和休息时间。
（2）根据是否到达终点决定state值的变化;
（3）线程的run方法内的循环条件是state值为0。
样例2:
编写选号程序，在窗体中安排6个标签，每个标签上显示0,9之间的一位数
字,每位数字用一个线程控制其变化，点击“停止”按钮则所有标签数字停止变化。
【参考程序】
importjava.awt.*;
importjava.awt.event.*;
publicclassMyFrameextendsFrame{
MyLabelx[]=newMyLabel[6];//安排6个标签,每个标签显示1个数字
Buttoncontrol;
publicMyFrame（Stringtitle）{
super（title）;
Paneldisp=newPanel（）;
disp.setLayout（newFlowLayout（））;
for（inti=0;i<6;i++）{
x[i]=newMyLabel（）;
disp.add（x[i]）;
newThread（x[i]）.start（）;
}
add（"Center",disp）;
control=newButton（"停止"）;
add（"North",control）;
pack（）;
setVisible（true）;
control.addActionListener（newActionListener（）{
publicvoidactionPerformed（ActionEvente）{
for（inti=0;i<6;i++）
x[i].stop=true;
}
}
）;
}
publicstaticvoidmain（Stringargs[]）{
newMyFrame（"Test"）;
}
classMyLabelextendsLabelimplementsRunnable{
intvalue;
booleanstop=false;
publicMyLabel（）{
super（"number"）;
value=0;
}
publicvoidrun（）{
for（;;）{
value=（int）（Math.random（）*10）;//产生一个0到9的数字
setText（Integer.toString（value））;
try{
Thread.sleep（500）;
}
catch（InterruptedExceptione）{}
if（stop）//停止标记为true,退出循环，结束运行
break;
}
}
}
}【编程技巧】
（1）将每个标签定义为线程方式运行，在运行中利用随机数产生数字显示。
（2）线程体为一个循环语句，只有当stop标记变量为true，则停止;
（3）主程序中将所有标签定义存入一个数组，这样可以方便地对其进行控制,例如，在
点击“停止”按钮时将所有标签对象的stop属性值设置为true。
1.4上机完成编程任务
任务描述:
完成下列编程任务，并将代码与实验报告一起交给教师。
基本题（必做）
1）编写一个可变颜色的标签，用一个按钮控制颜色的改变与停止。
点击按钮颜色停止变化，再点击该按钮颜色又变化。
颜色的变化可用随机数确定。
2）有一个南北向的桥，只能容纳一个人，现桥的两边分别有10人和12人，编制一个多线程序让这些人到达对岸，每个人用一个线程表示，桥为共享资源。
在过桥的过程中显示谁在过桥及其走向。
3）编写一个图片播放程序，图片的文件名为file01.jpg，file02.jpg，„filen.jpg,
其中n由命令行输入，要求用多线程自动播放。
提高题（选做其中一个）
1）编制一个秒针计时器，在画面包含一个文本框，显示秒针值，安排一个“开始”和“结束”按钮，点击“开始”按钮则开始计时，点击“结束”停止计时。
时间的确定可借助日历对象实例方法实现，用get（Calendar.SECOND）方法得到秒值，用get（Calendar.MINUTE）
方法得到分值，用get（Calendar.HOUR）方法得到小时值。
计算从“开始”到“当前”的时间差即可确定花费的秒数。
【进一步思考】如何将秒针计时器设计为图形界面，绘制一个圆形秒表，秒表的一圈为60秒，根据花费的时间显示秒针的变化。
2）编写生产者/消费者问题的应用程序。
生产者以0,200ms的速度随机产生30个小写字母，消费者以0,2s的速度取出字母，并显示在屏幕上。
3）利用多线程求解某范围素数,每个线程负责10000范围.
线程1找1000-10000
线程2找10001-20000
线程3找20001-30000
另开辟一线程专门接收其他线程发送给它的数据（创建管道输入输出流）,直到3个线程发送的数据均结束（结束标记）为止,接受的数据以文本形式写入到文件xyz.dat中。
1.5思考题（必做）
任务描述:
完成实验后，完成下列多选题
1）什么原因可导致线程停止执行。
A（有更高优先级的线程开始执行;
B（线程调用了wait（）方法;
C（线程调用了yield（）方法;
D（线程调用了pause（）方法;
E（线程调用了sleep（）方法。
2）哪个方法是实现Runnable接口所需的,
A（wait（）B（run（）C（stop（）
D（update（）E（resume（）
）以下代码的调试结果为?
3
publicclassBgroundextendsThread{
publicstaticvoidmain（Stringargv[]）{
Bgroundb=newBground（）;
b.run（）;
}
publicvoidstart（）{
for（inti=0;i<10;i++）{
System.out.println（"Valueofi="+i）;
}
}
}
A（编译错误，没有定义线程的run方法;
B（由于没有定义线程的run方法，而出现运行错误;
C.编译通过，运行输出values0to9
D.编译通过，运行无输出
4）有关线程的叙述正确的有:
A（通过继承Thread类或实现Runnable接口，可以获得对类中方法的互斥锁定。
B.可以获得对任何对象的互斥锁定。
C.线程通过调用对象的synchronized方法可取得对象的互斥锁定。
D.线程调度算法是平台独立的。
5）以下哪个是线程类的方法?
A（yield（）
B.sleep（longmsec）
C.go（）
D.stop（）
6）以下哪个最准确描述synchronized关键字?
A（允许两线程并行运行，而且互相通信;
B.保证在某时刻只有一个线程可访问方法或对象;
C.保证允许两个或更多处理同时开始和结束;
D.保证两个或更多线程同时开始和结束。
1.7实验总结
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