Natural Language Processing, Topic Modeling, Neural Text Generation and Ali Xiaomi

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执仙吏余
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1 并行计算 :Parallel Computing 结构编程算法应用 3.3 Java 并发与并行程序设计徐悦甡 (Yueshen Xu) 软件工程系西安电子科技大学

2 本节提纲 Java 语言基础讨论 Java 并发程序设计 Java 多线程机制 Java 中多线程的创建 Thread 方法途径 Runnable 接口途径 Java 多线程程序举例 Java 并行编程 Fork/Join 上节内容 Java 多线程编程 Java 并行编程关键字 :Java 多线程多线程创建多线程举例 Java 并行编程 2

3 Java 中的多线程操作系统按时间片轮流执行每个进程在操作系统每次分给 Java 程序的一个时间片的 CPU 时间内, 在若干个独立的可控制的线程间切换每个 Java 程序有一个默认的主线程 [ 注 ] JVM 加载代码, 发现 main 方法后, 就会启动一个线程, 称为主线程与 C C++ 等语言类似,main 方法也是 Java 程序的入口若在 main 方法中创建了其他线程 JVM 就在主线程和其他线程间轮流切换,JVM 等到所有线程结束后才结束应用程序注 ( 复习 ):JVM,Java Virtual Machine,Java 虚拟机 3

4 Java 多线程模型 JVM 主线程代码 /Code 数据 /Data 线程 1 线程 2 线程 3 虚拟 CPU Java 中的线程 Java 内在支持多线程,Java 可利用多线程实现并发编程 Java 中的线程可看作由三部分组成 :Code,Data, Virtual CPU 4

5 Java 中线程的状态新建其它阻塞 start( ) 可运行 notify( ) notifyall( ) 获得互斥使用权 I/O 完成 join 时间到休眠时间到 interrupt( ) ` 调度时间片到 yield( ) 被抢占休眠阻塞等待阻塞 sleep( ) I/O 操作 join( ) wait( ) 运行访问同步方法运行结束 / 强行终止死亡 ` 互斥阻塞 5

6 线程的生命周期与 Java 实现同进程一样, 一个线程也有从创建运行到消亡的过程称为线程的生命周期包括创建 (New) 可运行 (Runnable) 运行中 (Running) 挂起 (Not Runnable) 死亡 (Dead) 五种状态 Java 多线程机制的实现 java.lang 中的线程类 Thread 封装了所有需要的线程操作控制提供了成熟的方法来控制一个线程的运行休眠挂起或停止 6

7 Java 的默认多线程机制在 java 中, 每次程序运行至少启动 2 个线程一个是 main 线程, 一个是垃圾收集线程每当使用 java 命令执行一个类的时候, 实际上都会启动一个 JVM 每一个 JVM 就是在操作系统中启动了一个进程 Java 中线程的优先级 Java 线程的优先级用整数表示, 取值范围是 1~10,Thread 类有以下三个静态常量 - static int MAX_PRIORITY, 线程可以具有的最高优先级, 取值为 10 - static int MIN_PRIORITY, 线程可以具有的最低优先级, 取值为 1 - static int NORM_PRIORITY, 分配给线程的默认优先级, 取值为 5

8 多线程程序的实现两种方法通过继承线程类 Thread 来创建线程类 ; 建立一个实现 Runnable 接口的类来创建线程方法一 ( 继承 Thread) 过程继续 Threaad 类重写 run() 方法实例化自定义线程类对象调用 start() 方法, 启动 run() 方法 8

9 方法一 ( 继承 Thread) class testthread extends Thread { public testthread(string str) { super(str); // 调用父类的构造方法为线程对象命名 } public void run() { for (int i=0; i<3; i++) { System.out.println(getName()+" 在运行 "); try { sleep(1000); // 用休眠 1000 毫秒来区分哪个线程在运行 System.out.println(getName()+" 在休眠 "); } catch (InterruptedException e) {} } //try-catch ends System.out.println(getName()+" 已结束 "); } //run ends } //class ends 关键字注释 9

10 方法一 ( 继承 Thread, 续 ) class Thread_Tester { public static void main(string args[]) { testthread t1=new testthread( 线程 t1"); testthread t2=new testthread( 线程 t2"); t1.start(); t2.start(); } //main ends } //class ends 关键字注释

11 Thread_Tester 运行结果及说明 Thread_Tester 主类同时运行两个线程对象 t1 和 t2 应用程序运行时总是调用 main 方法从输出的结果可以看出两个线程的名字是交替显示的 ( 并发 ) 由继承 Thread 创建的子类, 必须覆盖 run 方法 - 要实现的代码逻辑放在 run 方法中 11

12 继承 Thread 类创建线程的格式 class YourThreadClass extends Thread { public void run() { // 需要以线程方式运行的程序语句 } 关键字注释 } 方法二 ( 实现 Runnable 接口 ) 动机? 当一个类是从其他类继承时, 如继承 Applet 类, 此时就不易再继承 Thread 类来创建线程接口 Runnable 是一个抽象接口, 接口中只声明了一个未实现的 run 方法 12

13 方法二 ( 实现 Runnable 接口 ) 第一步 : 实现 Runnable 接口 class YourRunnableClass implements Runnable{ public void run() { // 需要以线程方式运行的程序语句 } 关键字注释 } 第二步 : 创建一个 Thread 类的对象, 即创建一个新线程 ; 将 Runnable 接口的实现类的对象传递给 Thread 类的对象为新线程提供程序代码和数据 13

14 YourRunnableClass runnableinstance = new YourRunnableClass(); Thread threadinstance = new Thead(runnableInstance); 第三步 : 用线程对象调用 start() 方法启动线程两种方法比较 threadinstance.start(); Thread vs. Runnable 由继承 Thread 类创建线程对象简单方便, 可以直接操作线程, 但不能再继承其他类在继承其他类的类中可用 Runnable 接口创建线程对象, 可保持程序风格的一致性 14

15 线程的同步与资源共享前面的线程例子都是独立的, 而且异步执行即, 每个线程都包含了运行时所需要的数据和方法 - 不需要外部资源 - 也不用关心其它线程的状态和行为但有时一些同时运行的线程需要共享数据例如, 两个线程同时存取一个数据流, 其中一个对数据进行了修改, 而另一个线程使用的仍是原来的数据数据不一致问题因此, 编程时必须考虑其它线程的状态和行为, 以解决资源共享这也是并行编程中需要解决的问题 15

16 Java 中的解决方案 Java 提供了同步设定功能 - 共享对象可将自己的成员方法定义为同步化 (synchronized) 方法 - 通过调用同步化方法来执行单一线程其它线程则不能同时调用同一个对象的同步化方法 16

17 生产者和消费者线程同步问题问题使用某种资源的线程称为消费者, 产生或释放这个资源的线程称为生产者生产者生成 10 个整数 (0~9), 存储到一个共享对象中, 并把它们打印出来每生成一个数就随机休眠 0~100 毫秒, 然后重复这个过程一旦这 10 个数可以从共享对象中得到, 消费者将尽可能快地消费这 10 个数, 即把它们取出后打印出来这个模型由 4 个程序组成 17

18 public class Producer extends Thread { private Share shared; private int number; public Producer(Share s, int number) { shared=s; this.number=number; } //construction ends /* */ public void run() { for (int i=0; i<10; i++) { shared.put(i); System.out.println( 生产者 +this.number+ 输出的数据为 : "+i); try { sleep((int)(math.random() * 100)); } catch (InterruptedException e) {} } //for ends } //run ends /* */ } //Producer ends 生产者程序关键字注释 18

19 public class Consumer extends Thread { private Share shared; private int number; public Consumer(Share s, int number) { shared=s; this.number=number; } //construction ends /* */ public void run() { int value = 0; for (int i=0; i<10; i++) { value=shared.get(); System.out.println(" 消费者 "+this.number+" 得到的数据为 : "+value); } //for } //run /* */ } //Consumer ends 消费者程序关键字注释 19

20 public class Share { private int contents; public int get(){ return contents; } public void put(int value){ contents v alue; } } 共享资源对象关键字注释 public class PCTest { public static void main(string[] args) { Share s = new Share(); Producer p = new Producer(s,1); Consumer c = new Consumer(s,1); p.start(); c.start(); } } 主程序 20

21 运行结果 21

22 改写后的程序对共享资源对象实现同步化 public class Share { private int contents; private boolean available=false; /* */ public synchronized int get() { while (available == false) { try { wait(); // 注意观察 wait() 方法 } catch (InterruptedException e) { } } available = false; notifyall(); // 注意观察 notifyall() 方法 return contents; } //get ends /* */ public synchronized void put(int value) { while (available == true) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { } } //while ends contents = value; available = true; notifyall(); } //put ends } //Share class ends 同步化后的共享资源对象关键字注释 22

23 运行结果 23

24 Java 多线程常用的方法 Java 多线程机制中常用的方法 Thread.sleep(long millis) 方法线程睡眠, 使线程转到阻塞状态当睡眠结束后, 就转为就绪 Runnable 状态 Object 类中的 wait() 方法线程等待, 导致当前的线程等待直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyall() 唤醒方法 Thread.yield() 方法线程让步, 暂停当前正在执行的线程对象把执行机会让给相同或者更高优先级的线程当优先级相同时, 让相同优先级的线程之间能适当地轮转执行 24

25 Java 多线程常用的方法 join() 方法线程加入, 等待其他线程终止在当前线程中调用另一个线程的 join() 方法, 则当前线程转入阻塞状态, 直到另一个线程运行结束, 当前线程再由阻塞转为就绪状态动机 - 在很多情况下, 主线程生成并起动了子线程, 如果子线程里要进行大量的耗时的运算, 主线程往往将于子线程之前结束 - 但是如果主线程处理完其他的事务后, 需要用到子线程的处理结果 - 也就是主线程需要等待子线程执行完成之后再结束, 这个时候就要用到 join() 方法了即 join() 的作用是 : 等待该线程终止 25

26 Java 多线程常用的方法 Object 类中的 notify() 方法线程唤醒, 唤醒在此对象监视器上等待的单个线程如果所有线程都在此对象上等待, 则会选择唤醒其中一个线程选择是任意性的, 并在对实现做出决定时发生类似的方法还有一个 notifyall(), 唤醒在此对象监视器上等待的所有线程 setpriority() 设置一个线程的优先级 26

27 第一次上机时间第一次上机,5 月 16 号 ( 星期三 ) 晚 18:30 至 21:30 主题 Java 并发程序设计内容 ( 两道题目 ) 题目一 : 四个售票窗口同时出售 30 张电影票参考思路 - 票数可以使用同一个静态值 - 为保证不会出现卖出同一个票数, 可以使用 java 多线程同步锁 27

28 第一次上机 - 创建一个售票窗口类 BoxOffice, 继承 Thread, 重写 run 方法, 在 run 方法里面执行售票操作 - 售票要使用同步锁 : 即有一个售票窗口卖这张票时, 其他售票窗口要等这张票卖完题目二 - 两个人张三与李四, 通过一个同一个账户, 张三在柜台取钱, 李四在 ATM 机取钱参考思路 - 创建一个 Bank 类 - 创建一个张三类, 代表在柜台取钱 - 创建一个李四类, 代表在 ATM - 创建主方法的调用类 28

29 第一次上机要求完成两道题目的程序编写, 独立完成实验报告, 发送电子版, 可以是 word, 也可以 pdf 实验报告提交地址, 同作业邮件命名规则 : 实验报告一 + 学号 + 姓名附件命名规则 : 实验报告一 + 学号 + 姓名上交时间 : 至第一次上机之后再上理论课之前, 即 5.25 号, 十天时间实验报告格式 : 见并行计算实验报告结构及要求 29

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Natural Language Processing, Topic Modeling, Neural Text Generation and Ali Xiaomi 并行计算 :Parallel Computing 结构编程算法应用 3.4 Python 并发程序设计徐悦甡 (Yueshen Xu) ysxu@xidian.edu.cn 软件工程系西安电子科技大学本节提纲 Python 语言基础 Python 基础语法 Python 面向对象编程 Python 并发程序设计 (Concurrency) Python 多线程机制 Python 中线程的创建 Python