哲学家算法

哲学家算法

操作系统中，为了避免互斥资源使用导致死锁问题，有很多的解决方法，其中一种方法就是哲学家算法。

首先说一下什么是哲学家算法，有5个哲学家，他们只会思考和吃饭，但是在一个圆形的桌子上面只有5支筷子，这些哲学家什么时候来吃东西是不确定的，也就是说，同一时间可能会有5个人来进食，也可能一个人也没有。要想吃饭，必须有两双筷子，所以要约定一种取得筷子的方法。如果没有什么约束条件，可能出现下面的状况：

1、假设哲学家吃饭的时候会首先取得自己左侧的筷子，可能在某一瞬间 5个人同时吃饭并同时拿起了左面的筷子，得不到另一支筷子时就放下了筷子并同时拿起了自己右侧的筷子，如此反复循环。。。导致程序无法向前运行。

2、假设哲学家吃饭的时候首先拿取左侧的筷子，再检查右侧的筷子，如果右侧的筷子不用，则放下自己已经取得的筷子，过一段时间后在重复这一个过程。这个方法看似可行，仔细一想却和1中的情况差不多，可能在某一个瞬间，5个人同时启用这个方法，又会出现1中的情况。。。程序还是不会运行。

为了避免出现这种情况，有了哲学家算法，其中一种方案是：

1、3、5（奇数）号哲学家会分别先取离自己最近的奇数号筷子，然后再取离自己最近的右侧的筷子，2、4（偶数）号则分别取右侧最近的奇数号筷子，再去竞争离自己最近的偶数号筷子。哲学家会先竞争奇数位上的筷子，再去竞争偶数位上的筷子，总有一个能吃上饭，且根据FIFO队列，其他等待的哲学家会依次得到筷子吃饭故，可以实现程序的正常运行。具体代码如下：

package Philosopher;

public class Semaphore {
	int count;//共享的资源数的数量。
	public Semaphore (int count){
		this.count=count;
	}
	//操作系统p操作
	public synchronized void P(){
		count--;
		if(count<0){//如果资源小于0，则加入等待队列中，为阻塞状态。
			try {
				wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
	//操作系统v操作
	public synchronized void V(){
		count++;
		if(count<=0){//如果不大于0，则唤醒等待的线程。
			notify();
		}
	}
}

上面出现的P操作和V操作是一组运行过程中不可停止的原始操作，属于计算机原语。具体知识见操作系统原理。

public class Philosopher extends Thread{
	
	private int n;
	
	public Philosopher(int n){
		this.n=n;
	}
	
	//重写run方法
	public void run(){
		/**
		 * 拿筷子的时候，约定:
		 * Philosopher编号为奇数的先取自己右边的筷子,编号为偶数的先取自己左边的筷子。
		 */
		while(true){
		if(n%2==0){
			System.out.println("Philosopher"+n+"尝试取得"+(n+1)%5+"支筷子 ");
			Starteat .chopsticks[(n+1)%5].P();
			System.out.println("Philosopher"+n+"已经取得"+(n+1)%5+"支筷子");
			System.out.println("Philosopher"+n+"尝试取得"+(n)%5+"支筷子");
			Starteat .chopsticks[(n)%5].P();
			System.out.println("Philosopher"+n+"已经取得"+(n)%5+"支筷子");
			System.out.println("Philosopher"+n+"正在吃饭中。。。。。。");
			try {
				Thread.sleep(1);//吃饭时间。。
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
			Starteat .chopsticks[(n+1)%5].V();
			Starteat .chopsticks[(n)%5].V();
			System.out.println("Philosopher"+n+"放下了第"+n+"和"+n+1);
			System.out.println("Philosopher"+n+"已经进食完毕。开始思考。。。。");
		}
		else {
			System.out.println("Philosopher"+n+"尝试取得"+(n)%5+"支筷子");
			Starteat .chopsticks[(n)%5].P();
			System.out.println("Philosopher"+n+"已经取得"+(n)%5+"支筷子");
			System.out.println("Philosopher"+n+"尝试取得"+(n+1)%5+"支筷子");
			Starteat .chopsticks[(n+1)%5].P();
			System.out.println("Philosopher"+n+"已经取得"+(n+1)%5+"支筷子");
			System.out.println("Philosopher"+n+"正在吃饭中。。。。。。");
			try {
				Thread.sleep(1);//吃饭时间。。
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
			Starteat .chopsticks[(n+1)%5].V();
			Starteat .chopsticks[(n)%5].V();
			System.out.println("Philosopher"+n+"放下了第"+n+"和"+n+1);
			System.out.println("Philosopher"+n+"已经进食完毕。开始思考。。。。");
			}
		}
	}
}

由于两个人之间是竞争一支筷子，所以semaphore设置为1.

package Philosopher;

public class Starteat {
	
	static Semaphore [] chopsticks = new Semaphore [5];
	
	public static void main(String [] agrs){
		
		for(int i=0;i<5;i++){
			chopsticks[i] = new Semaphore(1);
		}
		for(int i=0;i<5;i++){
			new Philosopher(i).start();
		}
	}
}

代码实现起来比较容易，这种方法只是哲学家算法中的一种，你也可以限制同时吃饭的人数（如最多只能允许4人同时吃饭）来解决哲学家吃饭饿死的问题。只是效率会不同。本人水平有限，不足之处请大家多多包涵。

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