高并發(fā)課程設計

高并發(fā)課程設計一、課程目標

知識目標：

1.學生理解并發(fā)編程的基本概念，掌握高并發(fā)環(huán)境下的問題分析和解決方法。

2.學生掌握常用的并發(fā)控制手段，如互斥鎖、信號量、原子操作等，并能運用到實際編程中。

3.學生了解并發(fā)與并行計算的區(qū)別，理解并發(fā)編程的優(yōu)勢和局限。

技能目標：

1.學生能夠運用所學知識，設計并實現(xiàn)一個簡單的高并發(fā)程序。

2.學生能夠分析并發(fā)程序中的潛在問題，如死鎖、競態(tài)條件等，并采取相應措施進行優(yōu)化。

3.學生能夠運用調試工具對并發(fā)程序進行調試和性能分析，提高程序的質量。

情感態(tài)度價值觀目標：

1.學生培養(yǎng)對計算機科學的熱愛，增強對編程的興趣和自信心。

2.學生樹立團隊協(xié)作意識，學會與他人共同解決問題，培養(yǎng)溝通與協(xié)作能力。

3.學生認識到編程在解決現(xiàn)實問題中的價值，激發(fā)對技術應用的思考和創(chuàng)新精神。

分析課程性質、學生特點和教學要求：

1.課程性質：本課程為計算機科學與技術相關專業(yè)的選修課程，旨在幫助學生掌握高并發(fā)編程的基本方法和技巧。

2.學生特點：學生已具備一定的編程基礎，對并發(fā)編程有一定了解，但實際操作經驗不足。

3.教學要求：注重理論與實踐相結合，以項目驅動的方式引導學生動手實踐，提高學生的實際編程能力。

二、教學內容

1.并發(fā)編程基本概念：進程與線程、并行與并發(fā)、同步與異步。

2.并發(fā)控制手段：互斥鎖、信號量、條件變量、讀寫鎖、原子操作等。

3.并發(fā)編程模型：生產者消費者模型、讀者寫者模型、哲學家就餐問題。

4.并發(fā)程序調試與性能分析：線程池、死鎖檢測與預防、競態(tài)條件分析、性能瓶頸定位。

5.并發(fā)編程實戰(zhàn)：設計并實現(xiàn)一個簡單的高并發(fā)程序，如并發(fā)聊天室、并發(fā)文件服務器等。

6.并發(fā)編程在現(xiàn)實中的應用案例分析：大型網站、分布式系統(tǒng)、云計算平臺等。

教學大綱安排：

第一周：并發(fā)編程基本概念，進程與線程的創(chuàng)建與管理。

第二周：并發(fā)控制手段，互斥鎖、信號量的使用。

第三周：并發(fā)編程模型，生產者消費者模型和讀者寫者模型。

第四周：哲學家就餐問題，條件變量和讀寫鎖的應用。

第五周：并發(fā)程序調試與性能分析，線程池的使用和性能優(yōu)化。

第六周：并發(fā)編程實戰(zhàn)，設計與實現(xiàn)簡單高并發(fā)程序。

第七周：并發(fā)編程在現(xiàn)實中的應用案例分析，探討并發(fā)編程在大型項目中的作用。

教學內容關聯(lián)教材章節(jié)：

第一章：并發(fā)編程基本概念

第二章：并發(fā)控制手段

第三章：并發(fā)編程模型

第四章：并發(fā)程序調試與性能分析

第五章：并發(fā)編程實戰(zhàn)與應用案例

三、教學方法

本課程采用以下教學方法，以促進學生主動參與、深入理解和實踐應用：

1.講授法：教師通過生動的語言、形象的表達和邏輯的分析，講解并發(fā)編程的基本概念、原理和關鍵技術。此方法適用于課程初期對基礎知識的傳授，如并發(fā)編程基本概念、并發(fā)控制手段等。

2.討論法：針對并發(fā)編程中的難點和熱點問題，組織學生進行小組討論，鼓勵發(fā)表不同觀點，培養(yǎng)學生的思辨能力和團隊協(xié)作精神。此方法適用于課程中后期，如探討并發(fā)編程模型、調試與性能分析等。

3.案例分析法：挑選具有代表性的并發(fā)編程案例，引導學生分析案例中存在的問題，提出解決方案，從而提高學生分析問題和解決問題的能力。此方法貫穿整個課程，如并發(fā)編程在現(xiàn)實中的應用案例分析。

4.實驗法：設置豐富的實驗項目，讓學生動手實踐，鞏固所學知識，提高編程能力。實驗項目包括基本并發(fā)控制手段的應用、并發(fā)編程模型的實現(xiàn)以及實戰(zhàn)項目等。

具體教學方法實施如下：

1.講授法：教師在課堂上結合教材，以生動的實例和示意圖講解并發(fā)編程知識，每節(jié)課后布置預習和復習任務，鞏固所學內容。

2.討論法：將學生分成小組，針對課程內容提出問題，引導小組內部討論，并在課堂上分享討論成果，促進師生互動和生生互動。

3.案例分析法：挑選與課程內容相關的案例，引導學生運用所學知識分析案例，提出改進措施，并在課堂上進行交流與分享。

4.實驗法：

-基礎實驗：針對基本概念和并發(fā)控制手段，設計簡單的實驗項目，讓學生在實踐中掌握理論知識。

-綜合實驗：結合并發(fā)編程模型，設計中等難度的實驗項目，培養(yǎng)學生的編程能力和問題解決能力。

-實戰(zhàn)項目：在課程后期，安排一個完整的高并發(fā)程序設計項目，讓學生從需求分析、設計、編碼到測試，全程參與，提高實際應用能力。

四、教學評估

為確保教學質量和學生的學習效果，本課程采用以下評估方式，全面考察學生的知識掌握、技能應用和情感態(tài)度價值觀的培養(yǎng)：

1.平時表現(xiàn)（占總評20%）：

-課堂參與度：鼓勵學生積極發(fā)言，參與課堂討論，對學生的提問和回答給予評價。

-小組討論：評估學生在小組中的貢獻，如觀點的提出、問題解決能力的展示等。

2.作業(yè)（占總評30%）：

-課后練習：布置與課程內容相關的課后練習題，鞏固理論知識。

-編程作業(yè)：設置具有實際意義的編程任務，評估學生的編程能力和應用所學知識解決實際問題的能力。

3.實驗項目（占總評20%）：

-基礎實驗：評估學生完成基礎實驗的情況，如實驗報告的撰寫、實驗結果的正確性等。

-綜合實驗：評估學生解決復雜問題的能力，團隊合作精神以及實驗報告的質量。

-實戰(zhàn)項目：評價學生在實戰(zhàn)項目中的綜合運用能力，包括設計思路、編碼質量、項目文檔和項目展示。

4.期末考試（占總評30%）：

-筆試：包括選擇題、填空題、簡答題等，主要考察學生對并發(fā)編程基礎知識和理論的理解。

-上機考試：設置實際編程題目，評估學生的實際操作能力和編程技巧。

評估方式的設計原則：

-客觀性：評估標準明確，評分規(guī)則統(tǒng)一，確保評價結果的客觀性。

-公正性：確保每個學生的評估過程公正，評價結果公平。

-全面性：評估內容涵蓋知識掌握、技能應用和情感態(tài)度價值觀，全面反映學生的學習成果。

-動態(tài)性：結合學生的學習過程，適時調整評估方式，以適應學生的學習進度和能力提升。

五、教學安排

為確保教學任務在有限時間內順利完成，同時考慮學生的實際情況和需求，本課程的教學安排如下：

1.教學進度：

-第一周：并發(fā)編程基本概念、進程與線程。

-第二周：并發(fā)控制手段（互斥鎖、信號量）。

-第三周：并發(fā)編程模型（生產者消費者模型、讀者寫者模型）。

-第四周：哲學家就餐問題、條件變量和讀寫鎖。

-第五周：并發(fā)程序調試與性能分析、線程池。

-第六周：實戰(zhàn)項目設計、編碼與測試。

-第七周：實戰(zhàn)項目展示、評價與總結。

2.教學時間：

-每周安排2個課時，共計14課時。

-課時安排在學生的自習時間，避免與其它課程沖突。

3.教學地點：

-理論課：安排在多媒體教室，便于教師使用PPT、教學視頻等資源進行授課。

-實驗課：安排在計算機實驗室，確保學生能夠進行上機實踐。

教學安排注意事項：

-合理性：根據(jù)課程內容和學生的接受