并行计算实验报告一

1、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宋英磊实验课程：并行计算实验名称：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、.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l 取值范围110，在Thread类提供了3个常量，MIN_PRIORITY=1、MAX_ PRIORITY=10、NORM_PRIORITY=5；l 用setPriority()设置线程优先级，用getPriority()获取线程优先级；l 子线程继承父线程的优先级，主线程具有正常优先级。(2)

3、 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。synchroni

4、zed关键字的使用方法有两种： l 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。l 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。l wait()方法：释放对象锁，将线程进入等待唤醒队列；l 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

5、考程序1】字符方式下实现方案class Animal extends Thread int speed; /速度public Animal( String str,int speed) super(str); /线程名用动物名代表 this.speed=speed; public void run() int distance=0; int sleepTime; while (distance=1000) System.out.println(getName()+is at+distance); try distance+=speed; /每次跑的距离简单用速度计算 sleepTime=(in

6、t)( speed+Math.random()*speed); /速度快休息时间要长 sleep(sleepTime); catch (InterruptedException e) public class Race public static void main(String arg) Animal a1, a2; a1=new Animal(rabit,100); a2=new Animal(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

7、，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。public class runner extends Applet implements Runnable int BeginX=10,EndX=200; /起点和终点的x坐标int RabbitX = BeginX,RabbitY=100; /兔子的起点int TortoiseX=BeginX, TortoiseY=200; /乌龟的起点int RabbitRes

8、tTime=800,TortoiseRestTime=50; /各自休息时间int RabbitSpeed=15,TortoiseSpeed=1; /各自速度int state=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Thread rabbit;Thread tortoise;public void init() rabbit = new Thread(this,rabbit); /创建名为rabit的线程 tortoise = new Thread(this,tortoise); /创建名为tortoise的线程 public void paint(Graphics

9、g) g.drawString(龟,TortoiseX,TortoiseY); g.drawString(兔,RabbitX,RabbitY); g.setColor(Color.red); for(int j=70;jEndX) RabbitX=EndX; else if(currentRunning.equals(tortoise) /是乌龟try Thread.sleep(int)(Math.random()*TortoiseRestTime); catch(InterruptedException e) TortoiseX+=TortoiseSpeed; if(TortoiseX En

10、dX) TortoiseX=EndX; if (RabbitX = EndX) state=1; else if ( 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09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】import java.awt.*;import jav

11、a.awt.event.*; public class MyFrame extends Frame MyLabel x=new MyLabel6; /安排6个标签,每个标签显示1个数字 Button control; public MyFrame(String title) super(title); Panel disp=new Panel(); disp.setLayout(new FlowLayout(); for (int i=0;i6;i+ ) xi=new MyLabel(); disp.add(xi); new Thread(xi).start(); add(Center,dis

12、p); control=new Button(停止); add(North,control); pack(); setVisible(true); control.addActionListener(new ActionListener() public void actionPerformed(ActionEvent e) for(int i=0;i6;i+) xi.stop=true; ); public static void main(String args) new MyFrame(Test); class MyLabel extends Label implements Runna

13、ble int value; boolean stop=false; public MyLabel() super(number); value=0; public void run() 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 (InterruptedException e) 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

14、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

15、，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

16、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0200ms的速度随机产生30个小写字母，消费者以02s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

17、（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？Await() Brun() Cstop()Dupdate() Eresume()3）以下代码的调试结果为?public class Bground extends Threadpublic static void main(String argv) Bground b = new Bground(); b.run();public void start() for (int i = 0; i 10; i+) System.out.println(Value of i = + 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 values 0 to 9 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