Java程序设计实验：多线程与同步控制

"本次实验是Java程序设计课程的第四次实验，主要目标是掌握线程的概念，学习线程的两种实现方式（继承Thread类和实现Runnable接口），以及对象锁和线程同步。实验包含了三个部分：创建并运行5个线程，模拟车站售票的线程同步问题，以及实现生产者-消费者模型的线程同步。" 实验中涉及的知识点详解： 1. **线程概念**：线程是程序中的执行流，是操作系统分配CPU时间的基本单位。在单个进程中可以有多个线程并发执行，从而提高程序的执行效率。 2. **线程的实现方式**： - **继承Thread类**：通过创建新的类继承Thread类，重写run()方法。实例化这个类的对象后，调用start()方法启动线程。在示例代码中，ThreadDemo类继承了Thread类，并在run()方法中实现了线程的具体任务。 - **实现Runnable接口**：创建一个类实现Runnable接口，同样重写run()方法。然后将这个类的实例作为参数传递给Thread类的构造函数，创建Thread对象并启动。这种方式更利于资源的共享和多线程的协作。 3. **对象锁与线程同步**： - **对象锁**：每个Java对象都有一个内置锁，当一个线程访问对象的synchronized方法或代码块时，其他线程必须等待获取该锁才能继续执行。在售票问题中，如果两个售票窗口（线程）不加控制地同时出售车票，可能会导致售票错误，所以需要使用锁来确保同一时刻只有一个线程能进行售票操作。 - **线程同步**：线程同步是解决多个线程访问共享资源时可能出现的数据不一致问题的一种机制。Java提供了多种同步工具，如`synchronized`关键字、`wait()`、`notify()`和`notifyAll()`方法，以及`ReentrantLock`等。 4. **生产者-消费者模型**：这是一种典型的线程同步问题，其中生产者负责生产数据，而消费者负责消费数据。生产者将数据放入缓冲区，消费者从缓冲区取出数据。为了保证生产者不会在缓冲区满时继续生产，以及消费者在缓冲区为空时不会尝试消费，需要使用同步机制（如`wait()`和`notify()`）来协调两者的行为。 5. **实验代码分析**： - 在创建5个线程的示例中，每个线程执行一个循环，打印出自己的名字并随机睡眠一段时间，然后结束。线程的启动是异步的，因此它们会并发执行，打印顺序不确定。 - 车站售票问题的解决方案通常需要使用`synchronized`关键字对售票操作进行保护，确保一次只有一个线程能执行售票。 - 生产者-消费者模型的实现通常需要一个共享的数据结构（如队列）和同步机制。生产者在队列非满时添加数据，消费者在队列非空时取数据，同时使用`wait()`和`notify()`方法确保线程之间的正确通信。 实验中学生需要理解并实践这些概念，通过编写和调试代码，深入理解Java线程的特性和同步机制在实际问题中的应用。这有助于提升他们在并发编程方面的技能。