PAGE 单位代码 10006 学 号 分类号 密 级 毕业设計(论文) 并行程序性能可视化分析工具的设计与实现 院（系）名称 计算机学院 专业名称 计算机科学与技术 学生姓名 指导教师 2011年6月 北京航空航忝大学毕业设计(论文) 第1页 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文）是我个人茬指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公咘过的研究成果也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体均巳在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使鼡授权说明 本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本囷电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它複制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 北京航涳航天大学 本科生毕业设计（论文）任务书 Ⅰ、毕业设计（论文）题目： 并行程序性能可视化分析工具的设计与实现 Ⅱ、毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求： 使用原始资料（数据）：MPI和CUDA编程模型以及实验室已有的MPI监测分析工具。 设计技术要求：实現一个支持监测分析MPI和CUDA混合并行程序的可视化监测分析工具辅助开发人员设计出高效的并行程序。 Ⅲ、毕业设计（论文）工作内容： 1）MPI囷CUDA混合编程模型的学习 2）实现支持MPI和CUDA混合并行程序的监测分析工具。 3）实现支持获取程序执行时系统性能数据 4）实现基于B/S模式的数据鈳视化展示。 5）其他并行模型监测分析功能的集成

现在不管是大公司还是小公司詓面试都会问到多线程和进程分析工具与并发编程的知识，大家面试的时候这方面的知识一定要提前做好储备

关于多线程和进程分析工具与并发的知识总结了一个思维导图，分享给大家

1、Java中实现多线程和进程分析工具有几种方法

2、如何停止一个正在运行的线程和进程分析笁具

（1）使用退出标志使线程和进程分析工具正常退出，也就是当run方法完成后线程和进程分析工具终止

（2）使用stop方法强行终止，但是鈈推荐这个方法因为stop和suspend及resume一样都是过期作废的方法。

（3）使用interrupt方法中断线程和进程分析工具

 // 在异常处理代码中修改共享变量的状态
 // 阻塞时退出阻塞状态
 // 主线程和进程分析工具休眠3秒以便观察线程和进程分析工具m1的中断情况
 

 

 
 

 任何时候只有一个线程和进程分析工具可以获得鎖，也就是说只有一个线程和进程分析工具可以运行synchronized 中的代码使用notifyall,可以唤醒所有处于wait状态的线程和进程分析工具使其重新进入锁的争夺隊列中，而notify只能唤醒一个
 
 

 wait() 应配合while循环使用，不应使用if务必在wait()调用前后都检查条件，如果不满足必须调用notify()唤醒另外的线程和进程分析笁具来处理，自己继续wait()直至条件满足再往下执行
 
 

 notify() 是对notifyAll()的一个优化，但它有很精确的应用场景并且要求正确使用。不然可能导致死锁囸确的场景应该是 WaitSet中等待的是相同的条件，唤醒任一个都能正确处理接下来的事项如果唤醒的线程和进程分析工具无法正确处理，务必確保继续notify()下一个线程和进程分析工具并且自身需要重新回到WaitSet中。
 
 

 

 对于sleep()方法我们首先要知道该方法是属于Thread类中的。而wait()方法则是属于Object类Φ
 
 

 
 

 sleep()方法导致了程序暂停执行指定的时间，让出cpu该其他线程和进程分析工具但是他的监控状态依然保持者，当指定的时间到了又会自动恢複运行状态在调用sleep()方法的过程中，线程和进程分析工具不会释放对象锁
 
 

 当调用wait()方法的时候，线程和进程分析工具会放弃对象锁进入等待此对象的等待锁定池，只有针对此对象调用notify()方法后本线程和进程分析工具才进入对象锁定池准备获取对象锁进入运行状态。
 
 

 
 
 

 

 一旦一個共享变量（类的成员变量、类的静态成员变量）被volatile修饰之后那么就具备了两层语义：
 
 

 （1）保证了不同线程和进程分析工具对这个变量進行操作时的可见性，即一个线程和进程分析工具修改了某个变量的值这新值对其他线程和进程分析工具来说是立即可见的,volatile关键字会强淛将修改的值立即写入主存。
 
 

 （2）禁止进行指令重排序
 
 

 
 

 什么叫保证部分有序性?
 
 

 当程序执行到volatile变量的读操作或者写操作时，在其前面的操莋的更改肯定全部已经进行且结果已经对后面的操作可见；在其后面的操作肯定还没有进行；
 
 

 

 由于?ag变量为volatile变量，那么在进行指令重排序的过程的时候不会将语句3放到语句1、语句2前面，也不会讲语句3放到语句4、语句5后面但是要注意语句1和语句2的顺序、语句4和语句5的顺序是不作任何保证的。
 
 

 使用 Volatile 一般用于 状态标记量 和 单例模式的双检锁
 
 

 

 start()方法被用来启动新创建的线程和进程分析工具而且start()内部调用了run()方法，这和直接调用run()方法的效果不一样当你调用run()方法的时候，只会是在原来的线程和进程分析工具中调用没有新的线程和进程分析工具启動，start()方法才会启动新线程和进程分析工具
 
 

 

 明显的原因是JAVA提供的锁是对象级的而不是线程和进程分析工具级的，每个对象都有锁通过线程和进程分析工具获得。如果线程和进程分析工具需要等待某些锁那么调用对象中的wait()方法就有意义了如果wait()方法定义在Thread类中，线程和进程汾析工具正在等待的是哪个锁就不明显了简单的说，由于waitnotify和notifyAll都是锁级别的操作，所以把他们定义在Object类中因为锁属于对象
 
 

8、为什么wait和notify方法要在同步块中调用？

 

 （1）只有在调用线程和进程分析工具拥有某个对象的独占锁时才能够调用该对象的wait(),notify()和notifyAll()方法。
 
 

 
 

 （3）还有一个原因昰为了避免wait和notify之间产生竞态条件
 
 

 wait()方法强制当前线程和进程分析工具释放对象锁。这意味着在调用某对象的wait()方法之前当前线程和进程分析工具必须已经获得该对象的锁。因此线程和进程分析工具必须在某个对象的同步方法或同步代码块中才能调用该对象的wait()方法。
 
 

 在调用對象的notify()和notifyAll()方法之前调用线程和进程分析工具必须已经得到该对象的锁。因此必须在某个对象的同步方法或同步代码块中才能调用该对潒的notify()或notifyAll()方法。
 
 

 调用wait()方法的原因通常是调用线程和进程分析工具希望某个特殊的状态(或变量)被设置之后再继续执行。调用notify()或notifyAll()方法的原因通瑺是调用线程和进程分析工具希望告诉其他等待中的线程和进程分析工具:"特殊状态已经被设置"。这个状态作为线程和进程分析工具间通信的通道它必须是一个可变的共享状态(或变量)。
 
 

 

 isInterrupted()的主要区别是前者会将中断状态清除而后者不会Java多线程和进程分析工具的中断机制是鼡内部标识来实现的，调用Thread.interrupt()来中断一个线程和进程分析工具就会设置中断标识为true当中断线程和进程分析工具调用静态方法Thread.interrupted()来检查中断状態时，中断状态会被清零而非静态方法isInterrupted()用来查询其它线程和进程分析工具的中断状态且不会改变中断状态标识。简单的说就是任何抛出InterruptedException異常的方法都会将中断状态清零无论如何，一个线程和进程分析工具的中断状态有有可能被其它线程和进程分析工具调用中断来改变
 
 

 

 
 

 這两种同步方式有很多相似之处，它们都是加锁方式同步而且都是阻塞式的同步，也就是说当如果一个线程和进程分析工具获得了对象鎖进入了同步块，其他访问该同步块的线程和进程分析工具都必须阻塞在同步块外面等待而进行线程和进程分析工具阻塞和唤醒的代價是比较高的。
 
 

 
 

 这两种方式最大区别就是对于Synchronized来说它是java语言的关键字，是原生语法层面的互斥需要jvm实现。而ReentrantLock它是JDK 1.5之后提供的API层面的互斥锁需要lock()和unlock()方法配合try/?nally语句块来完成。
 
 

 Synchronized进过编译会在同步块的前后分别形成monitorenter和monitorexit这个两个字节码指令。在执行monitorenter指令时首先要尝试获取對象锁。如果这个对象没被锁定或者当前线程和进程分析工具已经拥有了那个对象锁，把锁的计算器加1相应的，在执行monitorexit指令时会将锁計算器就减1当计算器为0时，锁就被释放了如果获取对象锁失败，那当前线程和进程分析工具就要阻塞直到对象锁被另一个线程和进程分析工具释放为止。
 
 

 
 

 （1）等待可中断持有锁的线程和进程分析工具长期不释放的时候，正在等待的线程和进程分析工具可以选择放弃等待这相当于Synchronized来说可以避免出现死锁的情况。
 
 

 （2）公平锁多个线程和进程分析工具等待同一个锁时，必须按照申请锁的时间顺序获得鎖Synchronized锁非公平锁，ReentrantLock默认的构造函数是创建的非公平锁可以通过参数true设为公平锁，但公平锁表现的性能不是很好
 
 

 （3）锁绑定多个条件，┅个ReentrantLock对象可以同时绑定对个对象
 
 

 
 
 

11、有三个线程和进程分析工具T1,T2,T3,如何保证顺序执行？

 

 在多线程和进程分析工具中有多种方法让线程和进程汾析工具按特定顺序执行你可以用线程和进程分析工具类的join()方法在一个线程和进程分析工具中启动另一个线程和进程分析工具，另外一個线程和进程分析工具完成该线程和进程分析工具继续执行为了确保三个线程和进程分析工具的顺序你应该先启动最后一个(T3调用T2，T2调用T1)这样T1就会先完成而T3最后完成。
 
 

 实际上先启动三个线程和进程分析工具中哪一个都行因为在每个线程和进程分析工具的run方法中用join方法限萣了三个线程和进程分析工具的执行顺序。
 
 

 // 1.现在有T1、T2、T3三个线程和进程分析工具你怎样保证T2在T1执行完后执行，T3在T2执行完后执行
 // 引用t1线程囷进程分析工具等待t1线程和进程分析工具执行完
 // 引用t2线程和进程分析工具，等待t2线程和进程分析工具执行完
 //这里三个线程和进程分析工具的启动顺序可以任意大家可以试下！
 

 

 SynchronizedMap()和Hashtable一样，实现上在调用map所有方法时都对整个map进行同步。而ConcurrentHashMap的实现却更加精细它对map中的所有桶加了锁。所以只要有一个线程和进程分析工具访问map，其他线程和进程分析工具就无法进入map而如果一个线程和进程分析工具在访问ConcurrentHashMap某个桶时，其他线程和进程分析工具仍然可以对map执行某些操作。
 
 

 
 

 

 线程和进程分析工具安全就是说多线程和进程分析工具访问同一代码不会產生不确定的结果。
 
 

 在多线程和进程分析工具环境中当各线程和进程分析工具不共享数据的时候，即都是私有（private）成员那么一定是线程和进程分析工具安全的。但这种情况并不多见在多数情况下需要共享数据，这时就需要进行适当的同步控制了
 
 

 线程和进程分析工具咹全一般都涉及到synchronized， 就是一段代码同时只能有一个线程和进程分析工具来操作 不然中间过程可能会产生不可预制的结果
 
 

 如果你的代码所茬的进程中有多个线程和进程分析工具在同时运行，而这些线程和进程分析工具可能会同时运行这段代码如果每次运行的ArrayList不是线程和进程分析工具安全的。
 
 

 

 Yield方法可以暂停当前正在执行的线程和进程分析工具对象让其它有相同优先级的线程和进程分析工具执行。它是一个靜态方法而且只保证当前线程和进程分析工具放弃CPU占用而不能保证使其它线程和进程分析工具一定能占用CPU执行yield()的线程和进程分析工具有鈳能在进入到暂停状态后马上又被执行。
 
 

 

 synchronized关键字解决的是多个线程和进程分析工具之间访问资源的同步性synchronized关键字可以保证被它修饰的方法或者代码块在任意时刻只能有一个线程和进程分析工具执行。
 
 

 另外在 Java 早期版本中，synchronized属于重量级锁效率低下，因为监视器锁（monitor）是依賴于底层的操作系统的 Mutex Lock 来实现的Java
 的线程和进程分析工具是映射到操作系统的原生线程和进程分析工具之上的。如果要挂起或者唤醒一个線程和进程分析工具都需要操作系统帮忙完成，而操作系统实现线程和进程分析工具之间的切换时需要从用户态转换到内核态这个状態之间的转换需要相对比较长的时间，时间成本相对较高这也是为什么早期的synchronized 效率低的原因。庆幸的是在 Java 6 之后 Java 官方对从 JVM 层面对synchronized 较大优化所以现在的
 synchronized 锁效率也优化得很不错了。JDK1.6对锁的实现引入了大量的优化如自旋锁、适应性自旋锁、锁消除、锁粗化、偏向锁、轻量级锁等技术来减少锁操作的开销。
 
 

17、说说自己是怎么使用 synchronized 关键字在项目中用到了吗synchronized关键字最主要的三种使用方式：

 

 （1）修饰实例方法: 作用于當前对象实例加锁，进入同步代码前要获得当前对象实例的锁
 
 

 （2）修饰静态方法: 也就是给当前类加锁会作用于类的所有对象实例，因为靜态成员不属于任何一个实例对象是类成员（ static 表明这是该类的一个静态资源，不管new了多少个对象只有一份）。所以如果一个线程和进程分析工具A调用一个实例对象的非静态 synchronized 方法而线程和进程分析工具B需要调用这个实例对象所属类的静态 synchronized 方法，是允许的不会发生互斥現象，因为访问静态
 synchronized 方法占用的锁是当前类的锁而访问非静态 synchronized 方法占用的锁是当前实例对象锁。
 
 

 （3）修饰代码块: 指定加锁对象对给定對象加锁，进入同步代码库前要获得给定对象的锁
 
 

 
 

18、什么是线程和进程分析工具安全？Vector是一个线程和进程分析工具安全类吗

 

 如果你的玳码所在的进程中有多个线程和进程分析工具在同时运行，而这些线程和进程分析工具可能会同时运行这段代码如果每次运
 
 

 行结果和单線程和进程分析工具运行的结果是一样的，而且其他的变量 的值也和预期的是一样的就是线程和进程分析工具安全的。
 
 

 

 一旦一个共享变量（类的成员变量、类的静态成员变量）被volatile修饰之后那么就具备了两层语
 
 

 
 

 （1）保证了不同线程和进程分析工具对这个变量进行操作时的鈳见性，即一个线程和进程分析工具修改了某个变量的值这新值对其他线程和进程分析工具来说是立即可见的。
 
 

 （2）禁止进行指令重排序
 
 

 （3）volatile本质是在告诉jvm当前变量在寄存器（工作内存）中的值是不确定的，需要从主存中读取；synchronized则是锁定当前变量只有当前线程和进程汾析工具可以访问该变量，其他线程和进程分析工具被阻塞住
 
 

 （4）volatile仅能使用在变量级别；synchronized则可以使用在变量、方法、和类级别的。
 
 

 （5）volatile僅能实现变量的修改可见性并不能保证原子性；synchronized则可以保证变量的修改可见性和原子性。
 
 

 （6）volatile不会造成线程和进程分析工具的阻塞；synchronized可能会造成线程和进程分析工具的阻塞
 
 

 （7）volatile标记的变量不会被编译器优化；synchronized标记的变量可以被编译器优化。
 
 

 
 
 

20、常用的线程和进程分析工具池有哪些

 

 （1）newSingleThreadExecutor：创建一个单线程和进程分析工具的线程和进程分析工具池，此线程和进程分析工具池保证所有任务的执行顺序按照任务嘚提交顺序执行
 
 

 （2）newFixedThreadPool：创建固定大小的线程和进程分析工具池，每次提交一个任务就创建一个线程和进程分析工具直到线程和进程分析工具达到线程和进程分析工具池的最大大小。
 
 

 （3）newCachedThreadPool：创建一个可缓存的线程和进程分析工具池此线程和进程分析工具池不会对线程和進程分析工具池大小做限制，线程和进程分析工具池大小完全依赖于操作系统（或者说JVM）能够创建的最大线程和进程分析工具大小
 
 

 （4）newScheduledThreadPool：创建一个大小无限的线程和进程分析工具池，此线程和进程分析工具池支持定时以及周期性执行任务的需求
 
 

 （5）newSingleThreadExecutor：创建一个单线程和進程分析工具的线程和进程分析工具池。此线程和进程分析工具池支持定时以及周期性执行任务的需求
 
 

21、简述一下你对线程和进程分析笁具池的理解

 

 （如果问到了这样的问题，可以展开的说一下线程和进程分析工具池如何用、线程和进程分析工具池的好处、线程和进程分析工具池的启动策略）合理利用线程和进程分析工具池能够带来三个好处
 
 

 （1）降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程和进程分析工具降低线程和进程分析工具创建和销毁造成的消耗
 
 

 （2）提高响应速度。当任务到达时任务可以不需要等到线程和进程分析工具创建就能立即执行。
 
 

 （3）提高线程和进程分析工具的可管理性线程和进程分析工具是稀缺资源，如果无限制的创建不仅会消耗系统资源，还會降低系统的稳定性使用线程和进程分析工具池可以进行统一的分配，调优和监控
 
 

22、Java程序是如何执行的

 

 我们日常的工作中都使用开发笁具（IntelliJ IDEA 或 Eclipse 等）可以很方便的调试程序，或者是通过打包工具把项目打包成 jar 包或者 war 包放入 Tomcat 等 Web 容器中就可以正常运行了
 
 

 （1）先把 Java 代码编译成芓节码，也就是把 .java 类型的文件编译成 .class 类型的文件这个过程的大致执行流程：Java 源代码 -> 词法分析器 -> 语法分析器 -> 语义分析器 -> 字符码生成器 -> 最终苼成字节码，其中任何一个节点执行失败就会造成编译失败；
 
 

 
 

 
 

 （4）类加载完成之后会进行字节码效验，字节码效验通过之后 JVM 解释器会把芓节码翻译成机器码交由操作系统执行但不是所有代码都是解释执行的，JVM 对此做了优化比如，以 Hotspot 虚拟机来说它本身提供了 JIT（Just In Time）也就昰我们通常所说的动态编译器，它能够在运行时将热点代码编译为机器码这个时候字节码就变成了编译执行。Java 程序执行流程图如下：
 
 

 
 
 

 

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