Java多线程之哲学家就餐问题详解
一、题目
教材提供一个哲学家就餐问题的解决方案的框架。本问题要求通过pthreads 互斥锁来实现这个解决方案。
哲学家 首先创建 5 个哲学家，每个用数字 0~4 来标识。每个哲学家作为一个单独的 线程运行。 可使用 Pthreads 创建线程。哲学家在思考和吃饭之间交替。为了模拟这两种活动，请让线程休眠 1 到 3 秒钟。当哲学家想要吃饭时，他调用函数：
pickup_forks(int philosopher _number) 其中，philosopher _number
为想吃饭哲学家的数字。当哲学家吃完后，他调用函数：
return _forks(int philosopher _number)
Pthreads 条件变量 Pthreads 条件变量使用数据类型 pthread_cond_t，采用函数 pthread cond
init（）初始化。以下代码创建并初始化条件变量及其关联的互斥锁：
pthread _mutex_ t mutex; pthread_ cond_ t cond _var; pthread _mutex_ init(&mutex,NULL); pthread _cond_ init(&cond _var,NULL);
函数 pthread_cond_wait（）用于等待条件变量。下面的代码采用 Pthreads条件变量,说明线程如何等待条件 a==b 变为
true。
pthread _mutex_ lock(&mutex); while (a != b) pthread_cond _wait(&mutex, &cond var); pthread _mutex_ unlock(&mutex);
与条件变量关联的互斥锁在调用pthread_cond_wait（）函数之前，应加锁，因为保护条件语句中的数据，避免竞争条件。一旦获得锁，线程可以检查条件。如果条件不成立，然后线程调用 pthread_cond_wait（），传递互斥锁和条件变量作为参数。调用pthread_cond_wait（）释放互斥锁，从而允许另一个线程访问共享变量，也可更新其值，以便条件语句的计算结果为真。（为了防止程序错误，重要的是将条件语句放在循环中，以便在被唤醒后重新检查条件。）修改共享数据的线程可以调用 pthread_cond_signal（）函数，从而唤醒一个等待条件变量的线程。这个代码如下：
pthread_ mutex_ lock(&mutex); a = b; pthread_ cond_ signal(&cond var); pthread _mutex_ unlock(&mutex);
需要注意的是，调用pthread_cond_signal（）不会释放互斥锁。随后调用pthread_mutex_unlock（）释放互斥锁。一旦互斥锁被释放,唤醒线程成为互斥锁的所有者，并将控制权返回到对pthread cond wait（）的调用。
二、题目解析
题目是书上的哲学家就餐问题，要求用互斥锁解决。
这题的关键在于筷子这个资源的合理使用，书上给出了三种不同的解决思路：
其实三种方法的核心就是为了解决死锁问题。
什么是死锁呢？
用专业点的话说就是：一组互相竞争资源的线程因互相等待，导致“永久”阻塞的现象。
说白了，就是你拿了我想要拿的资源，我拿了你想要拿的资源，而双方各执一词，导致一直无法解决问题。
那我的思路就是：
双方各退一步，当发现我想要的资源不够我完成我所需的事情时，那就把之前拿到的资源放回。这样就不会导致双方互相等待导致死锁的情况。
当然思路不止一种，在极客时间的Java并发编程实战中有讲到死锁发生的条件：
只有以下这四个条件都发生时才会出现死锁：
互斥，共享资源 X 和 Y 只能被一个线程占用；占有且等待，线程 T1 已经取得共享资源 X，在等待共享资源 Y 的时候，不释放共享资源 X；不可抢占，其他线程不能强行抢占线程 T1 占有的资源；循环等待，线程 T1 等待线程 T2 占有的资源，线程 T2 等待线程 T1 占有的资源，就是循环等待。
如何解决死锁呢？打破任意一个条件即可。
其中，互斥这个条件我们没有办法破坏，因为我们用锁为的就是互斥。不过其他三个条件都是有办法破坏掉的，到底如何做呢？
对于“占用且等待”这个条件，我们可以一次性申请所有的资源，这样就不存在等待了。对于“不可抢占”这个条件，占用部分资源的线程进一步申请其他资源时，如果申请不到，可以主动释放它占有的资源，这样不可抢占这个条件就破坏掉了。对于“循环等待”这个条件，可以靠按序申请资源来预防。所谓按序申请，是指资源是有线性顺序的，申请的时候可以先申请资源序号小的，再申请资源序号大的，这样线性化后自然就不存在循环了。
好了，回到正题上来，既然我们的思路就是拿不到资源就选择退让，我们可以借用Java里的ReentrantLock类中trylock（）方法实现，该方法的作用就是尝试锁住该资源。和lock（）方法不同的是，如果该资源已经上锁，那么线程不会阻塞，而是返回flase，表示无法上锁，当然还可以加入参数让它再尝试几秒，比如：
lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS))；
而具体用法就是
if (lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) {
try {
...
} finally {
lock.unlock();
}
}
三、代码实现
package com.dreamchaser.concurrent;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
* 哲学家就餐问题
*/
public class Proj3_02 {
static final Lock[] locks=new Lock[5];
static {
for (int i=0;i<locks.length;i++){
locks[i]=new ReentrantLock();
}
}
public static void main(String[] args) {
Philosopher philosopher0=new Philosopher("张三",1000,0);
Philosopher philosopher1=new Philosopher("李四",800,1);
Philosopher philosopher2=new Philosopher("王五",400,2);
Philosopher philosopher3=new Philosopher("jhl",2000,3);
Philosopher philosopher4=new Philosopher("ghlcl",2000,4);
philosopher0.start();
philosopher1.start();
philosopher2.start();
philosopher3.start();
philosopher4.start();
//死循环，防止主线程退出导致进程关闭
while (true){}
}
static class Philosopher extends Thread{
private String name;
private long time;
private int num;
public Philosopher(String name, long time, int num) {
this.name = name;
this.time = time;
this.num = num;
}
@Override
public void run() {
while (true){
System.out.println(num+"号哲学家"+name+"正在思考...");
//模拟思考的过程
try {
Thread.sleep(time);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(num+"号哲学家"+name+"饿了，想来吃饭...");
if (locks[num].tryLock()){
try {
System.out.println(num+"号哲学家"+name+"拿到了左边的筷子！");
if (locks[(num+1)%5].tryLock()){
try {
System.out.println(num+"号哲学家"+name+"拿到了右边的筷子！");
System.out.println(num+"号哲学家"+name+"开始吃饭！");
//模拟哲学家吃饭的过程
Thread.sleep(time);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
System.out.println(num+"号哲学家"+name+"放下了右边的筷子！");
locks[(num+1)%5].unlock();
}
}else {
System.out.println(num+"号哲学家"+name+"没拿到了右边的筷子！被迫思考...");
}
}finally {
System.out.println(num+"号哲学家"+name+"放下了左边的筷子！");
locks[num].unlock();
}
}else {
System.out.println(num+"号哲学家"+name+"没拿到了左边的筷子！被迫思考...");
}
System.out.println(num+"号哲学家"+name+"思考ing...");
//模拟思考过程
try {
Thread.sleep(time);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
四、运行效果截图
五、结语
以上是我的实现思路。希望我的思路能个各位有所帮助，当然，如果有什么意见或者建议的，欢迎在评论区评论。
到此这篇关于Java多线程之哲学家就餐问题详解的文章就介绍到这了,更多相关Java哲学家就餐详解内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！
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