第七章 不太遙遠的經典問題

7.6 餐廳問題（Dining Hall problem）

這個問題是由Jon Pollack在Olin College的同步課程中編寫的。

學生們在餐廳裡用餐（dine），然後離開（leave）。 在呼叫dine之後，呼叫leave之前，學生被認為“準備離開”。

適用於學生的同步約束是，為了保持社會溫和的錯覺，學生永遠不能獨自坐在桌子旁。 如果在完成用餐之前一同用餐的其他所有人都已離開，則該學生被認為是獨自坐著。

思考：編寫強制執行此約束的程式碼。

7.6.1 餐廳問題提示

eating和readyToLeave是由互斥鎖保護的計數器，因此這是通常的記分板模式。

如果學生準備離開，但另一名學生將獨自留在桌旁，她等待okToLeave，直到另一名學生改變情況併發出訊號。

7.6.2 餐廳問題方案

如果你分析這些約束條件，你會發現學生只有一種情況需要等待，如果有一個學生正在吃飯，另一個學生想要離開。 但有兩種方法可以擺脫這種情況：有另一名學生來吃飯，或者正在就餐的學生要吃完了。

在任何一種情況下，向等待學生髮出訊號的學生都會更新計數器，因此等待的學生不必返回互斥鎖。 這是“我會為你做的”模式的另一個例子。

當學生進入餐廳時，如果她看到一個學生正在吃飯，而另一個正在等待離開，她就會讓等待者擺脫困境，併為他遞減readyToLeave。

用餐後，學生檢查三種情況：

•如果只剩下一名學生，則即將離開的學生必須放棄互斥並等待。
•如果即將離開的學生髮現有人在等她，她會向他發出訊號併為他們更新計數器。
•否則，她只是遞減readyToLeave並離開。

7.6.3 擴充套件的餐廳問題

如果我們再增加一步，餐廳問題會變得更具挑戰性。 當學生來吃午餐時，他們會呼叫getFood，dine和leave。 在呼叫getFood之後和呼叫dine之前，學生被認為是“準備吃飯”。 同樣，在呼叫用餐後，學生被認為“準備離開”。

適用同樣的同步約束：學生永遠不能獨自坐在桌旁。如果有以下情況之一的話，學生被認為是獨自坐著：

•當桌上沒有其他人準備吃時，她呼叫dine
•在她完成用餐之前，所有已經呼叫過dine的人都呼叫了leave。

思考：編寫強制執行這些約束的程式碼。

7.6.4 擴充套件的餐廳問題提示

以下是我在解決方案中使用的變數：

readyToEat，eating和readyToLeave是計數器，全部受互斥鎖保護。

如果學生處於無法繼續的狀態，她會等待okToSit或okToLeave，直到另一名學生改變情況併發出訊號。
 
我還使用了名為hasMutex的執行緒內變數來幫助跟蹤執行緒是否持有互斥鎖。

7.6.5 擴充套件的餐廳問題方案

同樣，如果我們分析這些約束，我們就會發現只有一種情況，即如果沒有人吃飯，也沒有其他人準備吃飯，則準備吃飯的學生必須等待。 唯一的出路就是，有其他準備吃的人來了。

同樣，如果我們分析這些約束，我們就會意識到，只有一種情況，即準備就餐的學生必須等待，如果沒有人吃飯，也沒有其他人準備就餐。

與前面的解決方案一樣，我使用了“我會為你做的”模式，這樣等待的學生就不必返回互斥物件。

這個解決方案與前一個解決方案的主要區別在於，到達空桌的第一個學生必須等待，而第二個學生允許兩人繼續進行。 無論是哪種情況，我們都無需檢查等待離開的學生，因為沒有人可以離開一張空桌子！