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一、实验目的本次实验旨在通过实例操作，深入了解线程的概念、创建、同步与通信机制，以及线程在实际编程中的应用。
通过实验，提高对线程的理解和运用能力，为以后开发多线程程序打下坚实基础。
二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 开发工具：Visual Studio 20193. 编程语言：C#三、实验内容1. 线程的基本概念线程是程序执行的最小单位，是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。
线程具有以下特点：（1）线程是轻量级的，创建、销毁线程的开销较小。
（2）线程共享进程的资源，如内存、文件等。
（3）线程之间可以并发执行。
2. 线程的创建在C#中，可以使用以下方式创建线程：（1）使用Thread类```csharpThread thread = new Thread(new ThreadStart(MethodName));thread.Start();```（2）使用lambda表达式```csharpThread thread = new Thread(() => MethodName());thread.Start();```（3）使用匿名方法```csharpThread thread = new Thread(delegate () { MethodName(); });thread.Start();```3. 线程的同步线程同步是指多个线程在执行过程中，为了防止资源冲突而采取的协调机制。
C#提供了以下同步机制：（1）互斥锁（Mutex）```csharpMutex mutex = new Mutex();mutex.WaitOne();// 线程同步代码mutex.ReleaseMutex();```（2）信号量（Semaphore）```csharpSemaphore semaphore = new Semaphore(1, 1);semaphore.WaitOne();// 线程同步代码semaphore.Release();```（3）读写锁（ReaderWriterLock）```csharpReaderWriterLock rwlock = new ReaderWriterLock();rwlock.AcquireReaderLock();// 读取操作rwlock.ReleaseReaderLock();```4. 线程的通信线程通信是指线程之间传递消息、共享数据的过程。
一、实验目的1. 理解线程的概念和并发编程的基本原理。
2. 掌握线程的创建、同步和通信方法。
3. 通过实验加深对线程并发编程的理解，提高编程能力。
二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 开发工具：Visual Studio 20193. 编程语言：C++三、实验内容本次实验主要涉及以下内容：1. 线程的创建与销毁2. 线程的同步与互斥3. 线程的通信4. 线程池的使用四、实验步骤1. 线程的创建与销毁（1）创建线程：使用C++11标准中的`std::thread`类创建线程。
```cpp#include <iostream>#include <thread>void threadFunction() {std::cout << "Thread ID: " << std::this_thread::get_id() << std::endl;}int main() {std::thread t1(threadFunction);std::thread t2(threadFunction);t1.join(); // 等待线程t1结束t2.join(); // 等待线程t2结束return 0;}```（2）销毁线程：线程会在任务执行完毕后自动销毁，无需手动销毁。
2. 线程的同步与互斥（1）互斥锁：使用`std::mutex`类实现线程间的互斥。
```cpp#include <iostream>#include <thread>#include <mutex>std::mutex mtx;void threadFunction() {mtx.lock();std::cout << "Thread ID: " << std::this_thread::get_id() << std::endl;mtx.unlock();}int main() {std::thread t1(threadFunction);t1.join();t2.join();return 0;}```（2）条件变量：使用`std::condition_variable`类实现线程间的条件同步。
第4章线程管理与控制4.1 线程概念简介每个进程都拥有自己的数据段、代码段和堆栈段，这就造成了进程在进行切换等操作时都需要有比较复杂的上下文切换等动作。
为了进一步减少处理机的空转时间，支持多处理器以及减少上下文切换开销，进程在演化中出现了另一个概念——线程。
它是进程独立的一条运行路线，处理器调度的最小单元，也可以称为轻量级进程。
线程可以对进程的存空间和资源进行访问，并与同一进程中的其他线程共享。
因此，线程的上下文切换的开销比创建进程小很多。
同进程一样，线程也将相关的执行状态和存储变量放在线程控制块(TCB)。
一个进程可以有多个线程，也就是有多个线程控制块及堆栈寄存器，但却共享一个用户地址空间。
要注意的是，由于线程共享了进程的资源和地址空间，因此，任何线程对系统资源的操作都会给其他线程带来影响。
由此可知，多线程中的同步是非常重要的问题。
在多线程系统中，进程与进程的关系如图所示。
进程与线程关系4.2 Linu*多线程编程API与实验任务4.3.1 Linu*多线程编程API创建线程pthread_create()函数实际上就是确定调用该线程函数的入口点，在线程创建以后，就开始运行相关的线程函数，在该函数运行完之后，该线程也就退出了，这也是线程退出一种方法。
另一种退出线程的方法是使用函数pthread_e*it()，这是线程的主动行为。
这里要注意的是，在使用线程函数时，不能随意使用e*it()退出函数进行出错处理，由于e*it()的作用是使调用进程终止，往往一个进程包含多个线程，因此，在使用e*it()之后，该进程中的所有线程都终止了。
因此，在线程中就可以使用pthread_e*it()来代替进程中的e*it()。
由于一个进程中的多个线程是共享数据段的，因此通常在线程退出之后，退出线程所占用的资源并不会随着线程的终止而得到释放。
正如进程之间可以用wait()系统调用来同步终止并释放资源一样，线程之间也有类似机制，那就是pthread_join()函数。
多线程之线程状态，状态切换种类及代码实例线程的六种基本状态为:1.NEW（刚新建）2.Runable（可运⾏）3.Blocked（被阻塞）4.Waiting ( 等待 )5.Timed waiting (计时等待)6.Terminated (被终⽌，即执⾏完毕或线程死亡)以上为线程调度的基本知识需求，接下来进⼊线程的各个状态的流程细节。
线程执⾏实例：单线程，直接不中断执⾏，直⾄执⾏完毕public class Demo1 {static class Thread1 extends Thread{@Overridepublic void run() {int i=0;while (i++<10){System.out.println("now i = "+i);}}}public static void main(String[] args) {Thread1 t1 = new Thread1();t1.start();}}输出为：now i = 1now i = 2now i = 3now i = 4now i = 5now i = 6now i = 7now i = 8now i = 9now i = 10Process finished with exit code 0这是⼀个基本的线程执⾏，可以说是最最最最简单的线程执⾏，它没有线程切换的过程。
那么线程的切换有哪⼏种呢？⾸先直接上状态和状态切换总览图图看不清，可以在新⽹页中打开，⽬前没有找到好办法能让这么⼤内容的图⼆、线程切换的种类从上图看，有三种：第⼀种：由锁竞争带来的线程阻塞，如何重新启动被阻塞的线程第⼆种：在线程进⼊等待状态后，如何唤醒该线程第三种：在线程线程休眠时，如何重新唤醒该线程其中，第⼀种是在多条线程竞争锁产⽣的，是由于锁的机制⽽导致的线程问题，第⼆种和第三种是对某条线程独⽴进⾏的控制，是程序员⾃⼰主动控制的。
一、实验目的1. 理解线程的概念和作用。
2. 掌握在Java中创建线程的方法。
3. 学习线程的生命周期和线程同步。
4. 熟悉线程的调度和同步机制。
二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 开发工具：IntelliJ IDEA3. 编程语言：Java三、实验内容1. 创建线程2. 线程生命周期3. 线程同步4. 线程调度四、实验步骤1. 创建线程（1）继承Thread类创建线程```javapublic class MyThread extends Thread { @Overridepublic void run() {// 线程要执行的任务System.out.println("子线程：" + Thread.currentThread().getName());}}```（2）实现Runnable接口创建线程```javapublic class MyRunnable implements Runnable {@Overridepublic void run() {// 线程要执行的任务System.out.println("子线程：" +Thread.currentThread().getName());}}```2. 线程生命周期线程生命周期包括以下五个状态：（1）新建（New）：线程对象被创建后，处于此状态。
（2）就绪（Runnable）：线程对象被创建后，调用start()方法，线程进入就绪状态。
（3）运行（Running）：线程被调度到CPU上执行，处于运行状态。
（4）阻塞（Blocked）：线程因为某些原因无法执行，进入阻塞状态。
（5）终止（Terminated）：线程执行完毕或被强制终止，处于终止状态。
以下代码演示了线程的生命周期：```javapublic class LifeCycleDemo {public static void main(String[] args) {Thread thread = new Thread(new MyRunnable());System.out.println("线程状态：" + thread.getState());thread.start();System.out.println("线程状态：" + thread.getState());try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("线程状态：" + thread.getState());}}```3. 线程同步线程同步是为了避免多个线程同时访问共享资源时出现冲突。
线程切换原理
线程切换是指在多线程编程中，由于CPU资源有限，需要根据一定的调度算法将CPU的执行权从一个线程转移到另一个线程的过程。
线程切换的原理可以简单描述为以下几个步骤：
1. 上下文保存：当一个线程被切换时，首先需要保存当前线程的执行环境，包括CPU寄存器的状态、程序计数器的值等。
这些信息通常保存在线程的上下文（context）中。
2. 上下文切换：在切换线程时，操作系统会根据调度算法选择下一个要执行的线程，并将切换后线程的上下文加载到CPU 寄存器中，恢复该线程继续执行。
3. 执行线程：切换完成后，CPU开始执行新线程的指令，恢复线程的执行状态。
线程切换的过程可能会带来一定的开销，包括保存和恢复上下文的时间开销、CPU寄存器的切换开销等。
为了提高效率，操作系统通常采用抢占式调度算法，根据优先级、时间片等调度策略动态决定线程的切换时机。
线程切换的目的是实现多线程并发执行，提高CPU利用率和系统响应性能。
不过过多的线程切换也会导致系统性能下降，因此在设计和实现多线程应用时，需要合理控制线程的数量和调度策略，避免过多的线程切换带来的额外开销。
第一部份绪论 (2)本课程实验的作用与任务 (2)本课程实验的基础知识 (2)本课程实验教学项目及其教学要求 (2)第二部份基本实验指导 (4)实验一：Java基本语法 (4)实验三：Java面向对象程序设计（一） (9)实验五：Java常用类 (18)实验七：Java集合 (21)实验九：GUI图形用户界面 (26)第一部份绪论本课程实验的作用与任务使学生进一步深刻理解Java语言基本概念、语法规则及程序结构，熟练掌握Java语言程序设计的基本方法，提高利用Java在网络环境下开发、设计应用程序的能力，从而进一步培养学生的创新能力和解决实际问题的能力。
熟悉JDK工具的编程和调试环境；熟练掌握选择和循环结构的程序设计；熟练掌握面向对象的程序设计思想，包括系统类的应用和用户自定义类；充分理解类的三种的特性：封装、继承和多态，特别是通过接口和抽象类理解多态；掌握图形用户界面的设计，特别是事件处理；掌握包的使用；掌握常用的输入输出流类的应用。
最后能根据实验的要求认真完成实验报告。
本课程实验的基础知识Java的基本数据类型包括：byte,short,int,long,double,char。
Java的数组属于引用类型的数据，是将相同类型的数据按顺序组成的一种符合数据类型。
Java的运算符有算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、位运算符和赋值运算符，特别要注意它们的优先级。
Java的控制语句有if语句、switch语句、for语句、while语句、do-while语句。
类是组成Java程序的基本要素，类有两个重要的成员：成员变量和方法。
类是创建对象的模板，类将对象的属性和功能封装为一个整体。
成员变量和类变量的区别、实例方法和类方法的区别、方法的重载、成员的访问权限等都是实验课程所依据的重要理论。
继承、多态、接口、包及内部类都是Java中非常重要的概念。
Java使用“流”来读写数据。
Java的输入输出工作是通过FileInputStream类、FileReader 类、BufferedReader类、ByteArrayInputStream类、ByteArrayOutputStream类等完成的。
线程互斥的实验报告线程互斥是操作系统中重要的概念之一。
在线程并发执行的情况下，多个线程可能会同时访问共享资源，如果没有互斥机制进行控制，就会出现数据竞争和不确定性的情况。
为了避免这种情况的发生，需要通过互斥机制对多个线程的并发访问进行合理控制。
二、实验目的本实验旨在通过编写程序，实现线程互斥的功能，进一步理解和掌握线程互斥的概念和原理，并验证互斥机制的有效性。
三、实验过程1. 创建共享资源：首先，我们创建一个共享资源，例如全局变量x。
2. 创建多个线程并发执行：通过创建多个线程来模拟多个并发执行的场景，每个线程都有访问共享资源的需求。
3. 创建互斥锁：使用操作系统提供的互斥锁实现机制来实现线程互斥，确保同时只有一个线程可以访问共享资源。
4. 设置互斥锁的加锁和解锁：在线程访问共享资源之前使用互斥锁进行加锁，在访问完共享资源之后进行解锁，以确保资源的正确性和完整性。
5. 运行程序并观察结果：运行多个线程并发执行的程序，通过打印输出等方式观察线程的执行情况，确保互斥机制的有效性。
四、实验结果与分析在实验过程中，我们创建了一个全局变量x作为共享资源，并创建了两个线程t1和t2来同时访问该变量。
通过使用互斥锁的机制，我们保证了同时只有一个线程可以访问变量x。
在线程t1对变量x进行操作之前，需要先获得互斥锁的加锁，操作完成后再进行解锁。
同样地，线程t2在操作变量x之前也需要获得互斥锁的加锁，操作完成后再进行解锁。
经过多次运行实验，观察到线程t1和t2的执行顺序是随机的，有时t1先执行，有时t2先执行。
这是因为线程的调度和执行是由操作系统决定的，而与我们代码编写的顺序无关。
但无论线程t1和t2的执行顺序如何，由于我们使用了互斥锁的机制，保证了对变量x的访问是互斥的，即同时只能有一个线程在操作变量x。
这也是我们对互斥机制的期望结果。
五、实验总结通过本实验，我们深入理解了线程互斥的概念和原理，并成功实现了线程互斥的功能。
线程的6种状态线程的 6 种状态就像⽣物从出⽣到长⼤、最终死亡的过程⼀样，线程也有⾃⼰的⽣命周期，在 Java 中线程的⽣命周期中⼀共有 6 种状态。
new（新创建）Runnable（可运⾏）Blocked（被阻塞）Waiting（等待）Timed Waiting（计时等待）Terminated（被终⽌）如果想要确定线程当前的状态，可以通过 getState() ⽅法，并且线程在任何时刻只可能处于 1 种状态。
New 新创建下⾯我们逐个介绍线程的 6 种状态，如图所⽰，⾸先来看下左上⾓的 New 状态。
New 表⽰线程被创建但尚未启动的状态：当我们⽤ new Thread() 新建⼀个线程时，如果线程没有开始运⾏ start() ⽅法，所以也没有开始执⾏ run() ⽅法⾥⾯的代码，那么此时它的状态就是 New。
⽽⼀旦线程调⽤了 start()，它的状态就会从 New 变成 Runnable，也就是状态转换图中中间的这个⼤⽅框⾥的内容。
Runnable 可运⾏Java 中的 Runable 状态对应操作系统线程状态中的两种状态，分别是 Running 和 Ready，也就是说，Java 中处于 Runnable 状态的线程有可能正在执⾏，也有可能没有正在执⾏，正在等待被分配 CPU 资源。
所以，如果⼀个正在运⾏的线程是 Runnable 状态，当它运⾏到任务的⼀半时，执⾏该线程的 CPU 被调度去做其他事情，导致该线程暂时不运⾏，它的状态依然不变，还是Runnable，因为它有可能随时被调度回来继续执⾏任务。
阻塞状态接下来，我们来看下 Runnable 下⾯的三个⽅框，它们统称为阻塞状态，在 Java 中阻塞状态通常不仅仅是 Blocked，实际上它包括三种状态，分别是 Blocked(被阻塞）、Waiting(等待）、Timed Waiting(计时等待），这三 种状态统称为阻塞状态，下⾯我们来看看这三种状态具体是什么含义。
一、实验目的1. 理解多线程并发编程的基本概念和原理；2. 掌握Java多线程编程的基本方法和技巧；3. 学习线程同步机制，解决线程安全问题；4. 熟悉线程调度策略，提高程序性能。
二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 开发工具：IntelliJ IDEA3. JDK版本：1.8三、实验内容1. 线程创建与启动2. 线程同步与互斥3. 线程通信与协作4. 线程池与线程调度5. 线程局部变量与共享变量四、实验步骤及结果分析1. 线程创建与启动实验步骤：（1）创建一个继承自Thread类的子类；（2）重写run()方法，定义线程的执行逻辑；（3）创建Thread对象，并调用start()方法启动线程。
实验结果：成功创建并启动两个线程，分别执行各自的run()方法。
2. 线程同步与互斥实验步骤：（1）创建一个共享资源；（2）使用synchronized关键字声明同步方法或同步代码块；（3）在同步方法或同步代码块中访问共享资源。
实验结果：线程在访问共享资源时，能够保证互斥，防止数据不一致。
3. 线程通信与协作实验步骤：（1）使用wait()和notify()方法实现线程间的通信；（2）创建共享对象，作为线程间通信的媒介；（3）在等待线程中调用wait()方法，在通知线程中调用notify()方法。
实验结果：线程能够通过wait()和notify()方法实现通信与协作，完成特定任务。
4. 线程池与线程调度实验步骤：（1）使用Executors工厂方法创建线程池；（2）提交任务到线程池；（3）关闭线程池。
实验结果：线程池能够有效地管理线程，提高程序性能。
5. 线程局部变量与共享变量实验步骤：（1）创建线程局部变量；（2）创建共享变量；（3）在各个线程中访问和修改线程局部变量与共享变量。
实验结果：线程局部变量在各个线程中独立存在，不会相互干扰；共享变量在各个线程中共享，需要使用同步机制保证数据一致性。
