多线程小题 ——哲学家就餐问题

一、分析问题
在这里插入图片描述
哲学家从不交谈
分析:
1、筷子相当于临界资源(在一段时间内只允许一个进程访问的资源,如打印机)
2、产生死锁的原因主要有2点: 1是竞争资源 ; 2是进程推进顺序不当
3、资源加锁,用来保证在某个时刻,资源只能被一个程序或一段代码访问
4、用附加规则解决哲学家进餐问题:
为了预防死锁的产生,我们添加一条竞争规则:所有哲学家先竞争奇数号筷子,获得后才能去竞争偶数号筷子(由于5号哲学家左右都是奇数号筷子,在本文中规定他先竞争5号筷子)。这样的话就总会有一名哲学家可以顺利获得两支筷子开始进餐。此方法的本质是通过附加的规则,让哲学家按照一定的顺序请求临界资源——筷子。这样的话,在资源分配图中就不会出现环路,破坏了死锁生的必要条件之一:“环路等待”条件,从而有效地预防了死锁的产生。接下来我们用 Java 语言来实现该刚才描述的策略。在实现代码中用五个线程表示五个哲学家的活动, 用一个逻辑型数组表示筷子的状态。 在此问题中,筷子是临界资源,必须互斥地进行访问。
我们为筷子定义一个类,其中包含了表示筷子状态的逻辑。


class Chopsticks
{
/* 用 used[1]至 used[5]五个数组元素分别代表编号 1 至 5 的五支筷
子的状态 */
/* false 表示未被占用,true 表示已经被占用。 used[0]元素在程序中
未使用 */
private boolean used[]={true,false,false,false,false,false};
/* 拿起筷子的操作 */
public synchronized void takeChopstick()
{
/* 取得该线程的名称并转化为整型,用此整数来判断该哲学家应该用哪两支筷子 */
/* i 为左手边筷子编号,j 为右手边筷子编号 */
String name=Thread.currentThread().getName();
int i=Integer.parseInt(name);
/* 1~4 号哲学家使用的筷子编号是 i 和 i+1,5 号哲学家使用
的筷子编号是 5 和 1 */
int j=i==5?1:i+1;
/* 将两边筷子的编号按奇偶顺序赋给 odd(奇),even(偶) 两个变量 */
int odd,even;
if(i%2==0){even=i;odd=j;}
else {odd=i;even=j;}
/* 首先竞争奇数号筷子 */
while(used[odd])
{
try{wait();}
catch(InterruptedException e){}
}
used[odd]=true;
/* 然后竞争偶数号筷子 */
while(used[even])
{
try{wait();}
catch(InterruptedException e){}
}
used[even]=true;
}/*放下筷子的操作 */
public synchronized void putChopstick()
{
String name=Thread.currentThread().getName();
int i=Integer.parseInt(name);
int j=i==5?1:i+1;
/* 将相应筷子的标志置为 fasle 表示使用完毕, 并且通知其
他等待线程来竞争 */
used[i]=false;
used[j]=false;
notifyAll();
}
}

当某一哲学家线程执行取得筷子方法时, 程序会根据该线程的名称来确定该线程需要使用哪两支筷子,并且分辨出哪支筷子编号是奇数,按照先奇后偶的顺序来试图取得这两支筷子。 如果这两支筷子都未被使用(即对应的数组元素值为 false),该哲学家线程即可先后取得这两支筷子进餐,否则会在竞争某支筷子失败后执行 wait()操作进入 Chopsticks 类实例的等待区, 直到其他的哲学家线程进餐完毕放下筷子时用 notifyAll()将其唤醒。当某一哲学家线程放下筷子时, 程序会将放下的筷子对应的数组元素值置为 false,并用 notifyAll()唤醒在等待区里的其他线程。
接下来定义出哲学家类


class Philosopher extends Thread
{
Chopsticks chopsticks;
public Philosopher(String name,Chopsticks chopsticks)
{
/* 在构造实例时将 name 参数传给 Thread 的构造函数作为线程的名称 */
super(name);
/* 所有哲学家线程共享同一个筷子类的实例 */
this.chopsticks=chopsticks;
}
public void run()
{
/* 交替地思考、拿起筷子、进餐、放下筷子 */
while(true)
{
thinking();
chopsticks.takeChopstick();
eating();
chopsticks.putChopstick();
}
}
public void thinking()
{
/* 显示字符串输出正在思考的哲学家,用线程休眠1秒钟来模拟思考时间 */
System.out.println ("Philosopher " +Thread.currentThread ().getName()+" is thinking.");
try{Thread.sleep(1000);}
catch(InterruptedException e){}
}
public void eating()
{
/* 显示字符串输出正在进餐的哲学家,并用线程休眠 1 秒钟来模拟进餐时间 */
System.out.println ("Philosopher " +Thread.currentThread ().getName()+" is eating.");
try{Thread.sleep(1000);}
catch(InterruptedException e){}
}
} 


在运行时,用Philosopher 类产生五个线程模拟五个哲学家,每个线程不停地重复执行思考、拿起筷子、进餐、放下筷子的过程。 线程的名称依次为“1”,
“2”,“3”,“4”,“5”(字符串类型)
主程序如下


public class Mainz
{
public static void main(String[] args)
{
/* 产生筷子类的实例 chopsticks */
Chopsticks chopsticks=new Chopsticks();
/* 用筷子类的实例作为参数, 产生五个哲学家线程并启动*/
/* 五个哲学家线程的名称为 1~5 */
new Philosopher("1",chopsticks).start();
new Philosopher("2",chopsticks).start();
new Philosopher("3",chopsticks).start();
new Philosopher("4",chopsticks).start();
new Philosopher("5",chopsticks).start();
}
}

运行结果
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