哲学家就餐问题(死锁)

2024-01-15 15:40
文章标签 问题 死锁 哲学家 就餐

本文主要是介绍哲学家就餐问题(死锁),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

本文主要讲述死锁的一个经典案例—哲学家就餐问题,并对该问题进行修复。

1. 问题描述

哲学家就餐问题

看上图,有五位哲学家,每天循环做两件事:思考,吃面。吃面时每人面前都有一个盘子,盘子左边和右边都有一根筷子,他们在吃面之前需要先拿起左边的筷子再拿起右边的筷子,有了一双筷子就可以吃面了。

具体逻辑:

  • 哲学家在吃面之前一般先思考一段时间
  • 思考之后,先拿起左手的筷子
  • 然后拿起右手的筷子
  • 如果筷子被人使用了,那就等别人用完
  • 吃完后,依次把筷子放回原位

逻辑的伪代码如下:

while(true){//思考think();//拿起左边的筷子pick_up_left_fork();//拿起右边的筷子pick_up_right_fork();//吃饭eat();//放下右边的筷子put_down_left_fork();//放下左边的筷子put_down_right_fork();
}

**分析:**如果每个哲学家同时都拿着左手的筷子,并在等右边的筷子,就会有死锁的风险。

2. 代码实现

代码展示如下:

public class Philosopher implements Runnable {private Object leftChopstick;private Object rightChopstick;public Philosopher(Object leftChopstick, Object rightChopstick) {this.leftChopstick = leftChopstick;this.rightChopstick = rightChopstick;}/*** 每个哲学家重复做的事就是:思考,拿筷子吃面*/@Overridepublic void run() {try {while (true) {doAction("思考中...");synchronized (leftChopstick) {doAction("拿起左手的筷子...");synchronized (rightChopstick) {doAction("拿起右手的筷子...");System.out.println("吃面");doAction("放下右手的筷子...");}doAction("放下左手的筷子...");}}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}private void doAction(String action) throws InterruptedException {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + action);Thread.sleep((long) (Math.random() * 10));}
}
public class DiningPhilosophers {public static void main(String[] args) {//五根筷子Object[] chopsticks = new Object[philosophers.length];for (int i = 0; i < chopsticks.length; i++) {chopsticks[i] = new Object();}//五个哲学家,创建5个线程,每个线程持有两把筷子锁for (int i = 0; i < philosophers.length; i++) {Object leftChopstick = chopsticks[i];Object rightChopstick = chopsticks[(i + 1) % chopsticks.length];Philosopher philosophers = new Philosopher(leftChopstick, rightChopstick);new Thread(philosophers, "哲学家" + (i + 1) + "号").start();}}
}

打印结果:

可以看到,五个哲学家最后都拿起了左边筷子,都在等右边筷子,就发生了死锁。

3. 解决哲学家就餐问题的4种方案

  • 服务员检查(避免策略):引入一个服务员协调,就是说当哲学家要拿起筷子的时候,先询问服务员能否拿起,服务员就会检查拿起筷子是否会有死锁的发生,不会的话就允许哲学家拿起筷子,相反如果可能会发生死锁就不让哲学家拿起筷子。
  • 改变一个哲学家拿叉子的顺序(避免策略):因为要发生死锁,一定是所有哲学家都拿起了左边的筷子,发生了死锁环路,但是假如有个哲学家不按照顺时针拿的话,就是说先拿右边筷子,这样就永远不会发生都在等右边筷子的死锁环路了。
  • 餐票(避免策略):就是说每个人吃饭前都要先拿到餐票才能拿筷子吃面,餐票总共只有4张,也就是说看肯定有一个人没有餐票,那么他就不能去拿筷子,那么其余的人就不会死锁,等他们吃完把餐票还回去之后,最后那个人才能吃面。
  • 领导调节(检测与恢复策略):并不是不让你发生死锁,而是等你死锁了,领导检测到了死锁发生(五个人都拿起了左边的筷子),就会命令其中一个人放下筷子,让别人先吃。

4. 针对第二个方案进行实现:改变一个哲学家拿筷子的顺序(代码演示)

public class DiningPhilosophers {public static void main(String[] args) {//五个哲学家Philosopher[] philosophers = new Philosopher[5];//五根筷子Object[] chopsticks = new Object[philosophers.length];for (int i = 0; i < chopsticks.length; i++) {chopsticks[i] = new Object();}for (int i = 0; i < philosophers.length; i++) {Object leftChopstick = chopsticks[i];Object rightChopstick = chopsticks[(i + 1) % chopsticks.length];// 修改点:这里我们将最后一个哲学家拿筷子的顺序反过来if (i == philosophers.length - 1) {philosophers[i] = new Philosopher(rightChopstick, leftChopstick);} else {philosophers[i] = new Philosopher(leftChopstick, rightChopstick);}new Thread(philosophers[i], "哲学家" + (i + 1) + "号").start();}}
}

打印结果:

程序会一直运行下去,不再发生死锁。

文章来源:哲学家就餐问题(死锁)

个人微信:CaiBaoDeCai

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微信公众号 ID: JavaZhiZhe

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这篇关于哲学家就餐问题(死锁)的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!


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