计算提高网速的软件

第l8卷第1期水利冰'电科技进展.
',l9晦年2月-Java.
多线程在水力计算F卜的应用初拣.
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一;一'、(河海大学南意210o98)关键词盟线册.
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1__':下jf、兰墨l戥用立譬勇_l.
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同络就是计算机,随着[nter~t舶风行以及企业网、校园网的纷纷建立,人们更深人地认识到同络的重要性,同时.
也追切地希望在网络的异构机种之问实现无缝崔接的同时,赛现辟种平台之间的数据通信、资撩共享等互操作,真正实疆译算机嘲络化.
sIIn公司开发的Java正是应运而生的新一峨厢络编程语言,其目的.
是为谦足在个亮嚣各式各样不嗣机种、不同种操柞平台曲皇网络环境中开发应用虢件,棱'件真叠达到涌用性语瑁{柏挺筮封兰1夸的软件界无艇产生了巨大柏冲击嚏在推出不蓟1年的时回.
就得刊了业界前广泛认同和支持.
在Nascape与slln公司签约共同开发h醯不久_.
几百家公司已经编制出Java应用软件,并有几十隶在生畀处于领先地位l舯公司已宣布它们要把JaVa直接嵌^其掉柞幕统的计划.
而Java语言车身所具有的:面向对象、平台无关性、易移植性爱多线程安全性等特点也使蛐-语育成为网络环境开发软件的善避平台.
奉立正是科用Java浯寄舳多绒程机翻研究求由工程中的计算同题,以通过多线程设计的应用.
达到克分种甩计算机现有费撼.
提斋计算速度之目舶.
I多线程的概念.
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所谓错程(T~ead),是指程序中均一十单一的腰序控制流.
线整按顺执行.
即在~十线程中,二十时l劐只能有二个执行点.
显然,按传统法设计的程序,无论是单遭执行的程序,韪燕由多千进程并发执行舶多道程序,就每个程序而言.
都是由单甥程组成舶.
多线程即是单个程序中包音并发执行酌多个甥程.
当多线程程序执行;时,在谈程序对应时进程中就有多十控制谎在同时运行,即具肯并发执行的多个线程.
在一个进程中包古并发执行的多个控制流.
而不是把多个控制梳一一分散在多个进程中,一-.
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l诘摹骞垮程番设与并拳孝l进霉卑片_设计所甭l之处粤1…图2霉赢:了雒,辱岔l并誊进程和两个井攀缉霹分謦辱舶配肄尊两目进.
程与进程l之甸.
、线担与:壤霉毒的蓑磊可料看出搏程之间的关最比较藏毒涪进程在自独毒舶她蛙蕈阃冉热辑.
不但寄存麟拜堆栈悬曲康孵,动态敢:据'堆,漆毒雠=l暑区{瓤程I{{鸸啦jI帚洱裤}套.
氟精墨鸯阃螅苯最剧旱鬈帝碍岿虽热备辅程霹簿自己构雄藏而赦_有寄簪错靳麟佩审开舞熊程从属于同~进程,它们_共享一地址空间-斯斟动态堆、静态数据区及程艇理辩是各线程共有的.
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Jr第一作者葡舟;刘字敏,男-博士研究生·从事计算庳用研究.
盥爨毒赢点利_亦电高等专辞尝柱雄恩网:明謦)论文.
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Java在系统缓和语言级均提供了对多线程的支持.
使得Jaw具备了当代优秀操作系统并发处理事务的能力,这样在程序舶运行中很容易实现各功能模块之间的切换、协作与数据交换.
一般来说.
ha语曹曲多线程机崩包吉有线程的产生到消亡、线程的恍先级、线程的调度及线程的同步菩组成部分.
在Java中,线程舶产生剜消亡一个生命周期可以分为线程舶创建(1~wbora)、线程的就绪(RIIn衄bIe)、绒程的运行(Running)、线程的堵塞(Bl~ed)及线程的死亡(DB)五个状态,如图3所示.
图3中舶方法是n类中定义的几个常用的方法.
在Jav且中,线程可以由两种方式来创造,一种是创造一个继承Tbzead粪.
另一种就是击实现Rann~le这个接口.
实现nr接口是较常用的产生线程的方法.
由于Java语言不支持多重继承,所以当程序已经维承其它类时,就不能再继承ad类了.
这时,只要程序实现R皿呻bJe接口,剜仍嚣成为多线程.
当线程梭剖建后,该线程并未开始执行,只有当调用方法mrt()时,该线程才被启动并开始执行.
而方法stop()是相对于start()的方法,它的作用是将生成的线程关掉.
其它方法胄9根据程序莆要囊翟"图3线程的五个状态3多线程在水力计算中的应用乘湘计算是水力工程中的~个常规计算,该计算模型多半靠经验建立,磐程烦琐,计算复杂.
尤其当基础数据量大时,计算耗用机时较多.
但仔细分析,该计算也有明显特点,即计算程序对实测数据以天为周期处理.
在计算中,只是计算用舶数据不同,·处理程序是一个.
这就为采用分块计算打下了基础.
我们可将散据以年或以月为单位蜘分为若干块.
用同一程序分别计算.
下面即是乘湘计算用Jsva多线程实现的宴倒.
3.
1编爿秉潮计算程序包在乘镯计算中计算模块是相对独立的,我们只须将计算部分单独编程,作为程序包在线程件中直接凋用即可.
乘湘计算程序的主要功能见图4.
在-64·一程序中对观铡系列数据筛选出产生扳值点的邻近值.
通过分段插值拟舍出潮汐畸线,再选代计算出各极值点邻近的Ih,2h乘潮值.
接收敷组传递的实潞数据芝皇!
lY找出授值点的位置N擗音嘲曲线代讣出lh.
2h乘潮值计算结果存盘圈4乘湘计算程序框图32利用多线程计算秉潮本程序采用实现Runnable接I=I方式dslide~TInreadimplementsRmmablel|1'}在眦iⅡ()方{击中,利用方法nowlideMultiThread产生两个线程,每个线程通过数据管道Dl-Ⅷ,将已一分为二舶观测数据文件分别读人所对应舶钱程体内,在线程体内调用曲衄l出程序包进行计算.
3.
3计算效率及体击本算倒针对两年舶观测数据进行计算处理.
为了比较传统编程方法与多线程编程方法对计算速度的影响.
采用了计算对比的方式.
传统方法计算用时4~400ms,多线程方法(本算啻j为两个线程)计算用时395OOms.
后者节约机时39OO脚,提高效率约10%.
这说明利用多线程程序计算时可提高CPu的效率承利工程中大部分舶计算应用都与计算机有关.
过击的计算题目或是依靠大中型计算机,或是以消耗机时为代价换取计算结果,部分题目胄9因此而不能完成.
Java的多线程机制捌提供了可对内存、cPU等计算机资源舶管理和使用的新手段,能在同等情况下使单一程序并发运行多个线程,而较传统程序更好地利用了计算机赘源.
在工程中利用多线程机制解决计算问题还属尝试,如能以此作为模式,编制多线程的工程甘算程序,则可在PC机上充分利用CPU和内存,提高单位时间内cPu的利用率.
实际应用中.
有许多问题能分解成若干个独立的部分,或能将应用舶计算与程序的运行控制、网络访问及对设备的操作分开.
对多CPU舶计算机,则可设甘多个程序,各程序在不{吾I韵cPU上运行不同的功能.
使CPU得到充分利用.
如能将计算程序进到其它PC机上计算,则计算速率又可上一个新台,,阶.
这些,都可用多线程程序设计来实现.
多线程仅是Java语言的优点之一.
Java语言所具有的羁络访问、声音图像操作、事务管理等功能均是当今开发网络软件的首选产品,因此,干I『用Java语言开发水利行业的业务管理、工程计算等软件是非常现实和有意义的.
4结语编写应用程序在单机上运行,这种传统的应用方式是大家所熟悉的运行模式.
Java语言完全胜任这种模式下的缩程,并由于Java语言弓1人了多线程设计(当代操作系统windows95/H1'都使用的漉行方式).
取消了C语言中的指针概念以及改进了对内存的管理,使得Java语言在许多方面又优于其它大家所熟悉的语言.
v8语言并不仅仅是作为单机上的一种缩程语言出现的,它真正的优势是具有面向对象、暑移植、高性能、动态、安全及分布式荨特性,使得Java成为未来的网络开发语言.
Java语言的分布式特性.
使得应用程序更方便地在同络环境下实现分布式计算,恰好与"以网络为中心的计算模式"相适应.
如将本文的多线程应用改为对多机的操作,剜可实现问题的异步分布式计算.
这种模式将解决以往传统软件所不能涉及的或只有在特定条件下才能解决的问题,可解决大型、复杂、高难度的计算问题,提高计算速度.
Java语言的另一优势是结构中立,犏程一次,到处可用,解击了传统软件移植不便的缺憾.
提高了软件的复用度及程序、数据的共享性.
使用Java开发的软件价值将随着网络的普及而提升.
本文在成稿以噩应用研究过程中得到了索面生教授的悉心指导与稿情帮助,在此表示裒·地感谢!
参考文献1范朝阳等.
多线程程序设计的概念与应用小型{重型计算机蓦统,1996,17(4):I一62廖卫末等、I吖自程序设计实用指南.
北京i机械工业出版社,19963暑文捂等.
Java手册.
北京:科学[I}版社,1997(收稿日期:1997—03—24编辑≈熊水斌)(上接第62再)元件和设备,以克服长期以来困扰水电站自动化头眩发达.
四肢不晁"的闯题.
比如选用426W型液位变送器及与之配套的TCB9418型敷显式墟位变进测控仪,就能较可靠地实现按前池米水量决定电站出力的团环控制.
在功能扩充上,无论是软件、硬件,部保留了充分的余地与兼容性.
硬件的扩充、软件的升级、功能的增加,都不需软硬件柜架有大的改动.
比如,一些中小型水电站纷纷并人电羁,以计算机监控为基础的县(地)调自动化已成趋势,所以SDJK系统为此留有余地.
在标准化上.
SDJK在软、硬件上遵循现有的国际、国内标准,使其成为一个成熟的可推广应用的系统模式.
比如,SDJK系统参照了皿Cg7o(198S)(远动设备与系统),DL451-91(循玮式远动规约>,SLIT53.
93(农村水电电力系统调度自动他规范>等等.
目前.
SI)JK系统已被浙江东用横锦一级电站(2*4oookw),浙江淳安铜山梯级电站(一级2x3枷kW,二缎2x2500kw),河北迁西南观电站(2x4000kW),辽宁本濯松树台电站(2x2500kW+4x500kW),浙江开化齐濯电站(2x5000kW+2x1250kW)等十多个中小电站采用.
sDJK系统从现有电站运行结果来看.
成功地实现了提高设备的可靠性、提高事故和故障的处理能力、更有效地利用水能、提高劳动生产率等藕期目标,真正实现了电站经济、可靠、安全运行.
4结语SDJK系统正致力于深度控制.
所谓耀度控制是指整十控制系统将考虑水力系统对运行方式的制约,考虑上、下游水电站甚至跨流域水电站运行方式对本站的影响.
强据台适的控制理论,确定最忱运行方式;并将与库区水文信息自动化系统、水工建筑物(大坝)自动监控系统有机统一起来;同时将实现远距离的遥控、遥调.
国外发达国家中小水电的微机控制起步较早,技术领先.
像美国水电咨询公司在帅年代初期就在小水电站实现"四遥"功能.
目前国外不少电站已寰现少』、值班,甚至无人值班snⅨ系统拟在推广应用的基础上.
不断跟踪国外先进技术,不断完善与发展.
(收稿日期:1996一ll一11稿辑:马敏峰)八盘峡水电站由中国水利水电第四工程局承建的黄河八盘峡水电站(见封面照片),位于甘肃省兰州市市郊,为河床式电站.
电站由厂房、泄洪闸、溢漉坝、非常溢洪道和醋坝等组成.
最大坝高40、4m,坝顶长396m,正常蔷水位海拔1578m,库窖0、49亿.
电站装机l8万kw,年发电量11、6亿kW·h.
电站于1969年10月开工,1980年2月竣工.
(彝志伟挺李般哲文)·65·