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多執行緒之哲學家進餐問題

問題描述:一圓桌前坐著5位哲學家,兩個人中間有一隻筷子,桌子中央有面條。哲學家思考問題,當餓了的時候拿起左右兩隻筷子吃飯,必須拿到兩隻筷子才能吃飯。上述問題會產生死鎖的情況,當5個哲學家都拿起自己右手邊的筷子,準備拿左手邊的筷子時產生死鎖現象。

解決辦法:

  1、新增一個服務生,只有當經過服務生同意之後才能拿筷子,服務生負責避免死鎖發生。

  2、每個哲學家必須確定自己左右手的筷子都可用的時候,才能同時拿起兩隻筷子進餐,吃完之後同時放下兩隻筷子。

  3、規定每個哲學家拿筷子時必須拿序號小的那隻,這樣最後一位未拿到筷子的哲學家只剩下序號大的那隻筷子,不能拿起,剩下的這隻筷子就可以被其他哲學家使用,避免了死鎖。這種情況不能很好的利用資源。

public class PhilosopherQuestion {

    public static void main(String []args){
        Fork fork = new Fork();
        new Philosopher("0",fork).start();
        new Philosopher("1",fork).start();
        new Philosopher("2",fork).start();
        new Philosopher("3",fork).start();
        new Philosopher("4",fork).start();
    }
}

/**
 * 每個哲學家相當於一個執行緒
 */
class Philosopher extends Thread{
    private String name;
    private Fork fork;
    public Philosopher(String name,Fork fork){
        super(name);
        this.name=name;
        this.fork=fork;
    }

    public void run(){
        while(true){
            thinking();         //模擬思考
            fork.takeFork();    //嘗試獲取左右兩支筷子,吃飯
            eating();           //模擬吃飯
            fork.putFork();     //釋放資源,喚醒阻塞的哲學家
        }
    }

    /**
     * 模擬吃飯
     */
    public void eating(){
        System.out.println("I am Eating:" + name);
        try {
            sleep(1000);//模擬吃飯,佔用一段時間資源
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 思考
     */
    public void thinking(){
        System.out.println("I am Thinking:" + name);
        try {
            sleep(1000);//模擬思考
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class Fork{
    //5只筷子,初始為都未被用
    private boolean[] used={false,false,false,false,false,false};

    /**
     * 只有當左右手的筷子都未被使用時,才允許獲取筷子,且必須同時獲取左右手筷子
     */
    public synchronized void takeFork(){
        String name = Thread.currentThread().getName();
        int i = Integer.parseInt(name);
        while(used[i]||used[(i+1)%5]){      //兩者任意個為true,則為佔用,等待
            try {
                wait();    //如果左右手有一隻正被使用,等待
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        used[i]= true;
        used[(i+1)%5]=true;
    }

    /**
     * 必須同時釋放左右手的筷子
     */
    public synchronized void putFork(){
        String name = Thread.currentThread().getName();
        int i = Integer.parseInt(name);

        used[i]= false;
        used[(i+1)%5]=false;
        notifyAll();    //喚醒其他執行緒
    }
}

測試結果如下:

I am Thinking:0
I am Thinking:1
I am Thinking:2
I am Thinking:3
I am Thinking:4
I am Eating:0
I am Eating:2
I am Thinking:2
I am Eating:4
I am Eating:1
I am Thinking:0
I am Thinking:1
I am Eating:2
I am Eating:0
I am Thinking:4
I am Thinking:2
I am Eating:3
I am Eating:1
I am Thinking:0

...................................

可以看到,上述的方案可以避免哲學家進餐出現死鎖的問題,每次進餐都最多隻允許是兩個不相鄰的哲學家,座位不相鄰!