Java單多線程算法相比較

1進(jìn)程和線程的概念

　　1.1什么是進(jìn)程

　　一個進(jìn)程就是在一個運行的程序,它有自己獨立的內(nèi)存空間,一組系統(tǒng)資源,每個進(jìn)程的內(nèi)部數(shù)據(jù)和狀態(tài)都是獨立的,例如在window是同時打開多個記事本,雖然它們所運行的程序代碼都是一樣的,但是所使用的內(nèi)存空間是獨立的,互不干擾.

　　1.2什么是線程

　　線程與進(jìn)程相似,是一段完成某個特定功能的代碼,是程序中單個順序的流控制;但與進(jìn)程不同的是,同類的多個線程共享一塊內(nèi)存空間和一組系統(tǒng)資源,而線程本身的數(shù)據(jù)通常只有微處理器的寄存器數(shù)據(jù),以及一個供程序執(zhí)行時使用的堆棧

　　1.3進(jìn)程與線程的區(qū)別

　　1. 進(jìn)程:每個進(jìn)程都有獨立的代碼和數(shù)據(jù)空間(進(jìn)程上下文) ,進(jìn)程切換的開銷大.

　　2. 線程:輕量的進(jìn)程,同一類線程共享代碼和數(shù)據(jù)空間,每個線程有獨立的運行棧和程序計數(shù)器(PC),線程切換的開銷小.

　　3. 多進(jìn)程:在操作系統(tǒng)中,能同時運行多個任務(wù)程序.

　　4. 多線程:在同一應(yīng)用程序中,有多個順序流同時執(zhí)行.

　　1.4線程創(chuàng)建的兩種方式

　　采用繼承Thread類創(chuàng)建線程

　　該方法比較簡單,主要是通過繼承java.lang.Thread類,并覆蓋Thread類的run()方法來完成線成的創(chuàng)建.Thread 類是一個具體的類,即不是抽象類,該類封裝了線程的行為.要創(chuàng)建一個線程,程序員必須創(chuàng)建一個從 Thread 類導(dǎo)出的新類.Thread類中有兩個最重要的函數(shù)run()和start().

　　通過實現(xiàn)Runnable接口創(chuàng)建線程

　　該方法通過生成實現(xiàn)java.lang.Runnable接口的類.該接口只定義了一個方法run(),所以必須在新類中實現(xiàn)它.但是 Runnable 接口并沒有任何對線程的支持,我們還必須創(chuàng)建 Thread 類的實例,這一點通過 Thread 類的構(gòu)造函數(shù)

　　public Thread(Runnable target);來實現(xiàn).

　　2 單線程和多線程性能比較

　　以使用蒙特卡羅概率算法求π為例,進(jìn)行單線程和多線程時間比較

　　2.1什么是蒙特卡羅概率算法

　　蒙特卡羅法(Monte Carlo method)是以概率和統(tǒng)計的理論、方法為基礎(chǔ)的一種計算方法,將所求解的問題同一定的概率模型相聯(lián)系,用電子計算機(jī)實現(xiàn)統(tǒng)計模擬或抽樣,以獲得問題的近似解,故又稱統(tǒng)計模擬法或統(tǒng)計試驗法. --百度百科

　　蒙特卡羅求算法求π

　　第一步

　　畫正方形和內(nèi)切圓

　　第二步

　　變換表達(dá)式

　　正方形面積As=(2R)^2

　　圓的面積Ac=πR^2

　　Ac/As=(2R)^2/πR^2

　　π=4As/Ac

　　令P=As/Sc,則π=4P

　　第三步

　　重復(fù)N次實驗求平均值

　　在正方形區(qū)域內(nèi)隨機(jī)生成一個點A,若A落在圓區(qū)域內(nèi),M++

　　P=M/N

　　π=4P,N的取值越大,π的值越精確

 

　　2.2 java代碼實現(xiàn)算法

　　N取值為10000萬,多線程的數(shù)為100,每個線程執(zhí)行100萬次模擬實驗

　　線程實現(xiàn)

　　import java.util.concurrent.CountDownLatch;

　　public class ProModel implements Runnable {

　　public int N;//隨機(jī)實驗的總次數(shù)

　　public static int M;//隨機(jī)點落在圓中的次數(shù)

　　private int id;

　　private final CountDownLatch doneSignal;

　　OBJ semaphore;

　　public ProModel(int id,CountDownLatch doneSignal,int N,OBJ semaphore2){

　　this.id=id;

　　this.doneSignal=doneSignal;

　　this.N=N;

　　this.semaphore=semaphore2;

　　M=0;

　　}

　　public void run(){

　　int tempM=0;

　　for(int i=0;i

　　if(isInCircle()){

　　tempM++;

　　}

　　}

　　synchronized (semaphore) {

　　add(tempM);

　　}

　　doneSignal.countDown();//使end狀態(tài)減1

　　}

　　public void add(int tempM){

　　System.out.println(Thread.currentThread().getName());

　　M=M+tempM;

　　System.out.println(M);

　　}

　　//隨機(jī)產(chǎn)生一個在正方形區(qū)域的點,判斷它是否在圓中

　　public boolean isInCircle(){

　　double x=Math.random();

　　double y=Math.random();

　　if((x-0.5)*(x-0.5)+(y-0.5)*(y-0.5)<0.25)

　　return true;

　　else

　　return false;

　　}

　　public static int getTotal(){

　　return M;

　　}

　　}

　　多線程Main實現(xiàn)

　　import java.util.concurrent.CountDownLatch;

　　import java.util.concurrent.ExecutorService;

　　import java.util.concurrent.Executors;

　　public class MutliThread {

　　public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

　　long begin=System.currentTimeMillis();

　　int threadSize=100;

　　int N=1000000;

　　OBJ semaphore = new OBJ();

　　CountDownLatch doneSignal = new CountDownLatch(threadSize);

　　ProModel[] pros=new ProModel[threadSize];

　　//設(shè)置特定的線程池,大小為threadSizde

　　System.out.println(“begins!”);

　　ExecutorService exe = Executors.newFixedThreadPool(threadSize);

　　for(int i=0;i

　　exe.execute(new ProModel(i+1,doneSignal,N,semaphore));

　　try{

　　doneSignal.await(); //等待end狀態(tài)變?yōu)?, }catch (InterruptedException e) {

　　// TODO: handle exception35

　　e.printStackTrace();

　　}finally{

　　System.out.println(“ends!”);

　　System.out.println(4*(float)ProModel.getTotal()/(float)(threadSize*N));

　　}

　　exe.shutdown();

　　long end=System.currentTimeMillis();

　　System.out.println(“used time(ms):”+(end-begin));

　　}

　　}

　　class OBJ{}

　　單線程Main實現(xiàn)

　　import java.util.concurrent.CountDownLatch;

　　import java.util.concurrent.ExecutorService;

　　import java.util.concurrent.Executors;

　　public class SingleThread {

　　public static void main(String[] args) {

　　long begin=System.currentTimeMillis();

　　int threadSize=1;

　　int N=100000000;

　　OBJ semaphore = new OBJ();

　　CountDownLatch doneSignal = new CountDownLatch(threadSize);

　　ProModel[] pros=new ProModel[threadSize];

　　//設(shè)置特定的線程池,大小為5

　　System.out.println(“begins!”);

　　ExecutorService exe = Executors.newFixedThreadPool(threadSize);

　　for(int i=0;i

　　exe.execute(new ProModel(i+1,doneSignal,N,semaphore));

　　try{

　　doneSignal.await(); //等待end狀態(tài)變?yōu)?, }catch (InterruptedException e) {

　　// TODO: handle exception35

　　e.printStackTrace();

　　}finally{

　　System.out.println(“ends!”);

　　System.out.println(4*(float)ProModel.getTotal()/(float)(threadSize*N));

　　}

　　exe.shutdown();

　　long end=System.currentTimeMillis();

　　System.out.println(“used time(ms):”+(end-begin));

　　}

　　}