通过锁对象解决哲学家就餐问题

问题描述

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• 哲学家进餐问题：5个哲学家共用一张圆桌，分别坐在周围的5张椅子上，在圆桌上有5个碗和5只筷子（注意是5只筷子，不是5双），碗和筷子交替排列。他们的生活方式是交替地进行思考（thinking）和进餐（eating）。平时，一个哲学家进行思考，饥饿时便试图取用其左右最靠近他的两只筷子，规定他必须先取左边的筷子，再取右边的筷子。只有在他拿到两只筷子时才能进餐。进餐完毕，放下筷子继续进行思考。假如5位哲学家同时饥饿，各自拿起左边的筷子时，再去拿各自右边的筷子，因为无筷子可拿而陷入无期限等待（死锁）。一种解决的办法是：至多只允许有4位哲学家同时去拿左边的筷子，最终能保证至少有一位哲学家能够拿到两只筷子，从而进餐。进餐完毕释放他用过的两只筷子，从而使更多的哲学家能够进餐。使用Java的多线程同步技术，实现上述解决方案。

主方法

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package cn.learn.thread.ThreadState.practice;
//测试
public class Test {
    public static void main(String[] args) {

        //五根筷子对象
        Chopsticks[] chopsticks = new Chopsticks[5];
        for (int i = 0; i <5 ; i++) {
            chopsticks[i] = new Chopsticks("---筷子"+i);
        }

        //创建五位哲学家进程，并传递其左右两边筷子
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Philosopher philosopher = new Philosopher("哲学家"+(i + 1)+": ",chopsticks[(i+1)%5],chopsticks[i]);
            philosopher.start();
        }

    }
}

筷子类

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package cn.learn.thread.ThreadState.practice;

/*

  共享资源:筷子

 */
public class Chopsticks {

    private String chopsticksName;

    public Chopsticks(String chopsticksName) {
        this.chopsticksName = chopsticksName;
    }

    public String getChopsticksName() {
        return chopsticksName;
    }

    public void setChopsticksName(String chopsticksName) {
        this.chopsticksName = chopsticksName;
    }
}

哲学家进程

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package cn.learn.thread.ThreadState.practice;

import java.util.Random;

public class Philosopher extends Thread {


    //左筷子
    private Chopsticks leftChopsticks;
    //右筷子
    private Chopsticks rightChopsticks;
    //静态引用类型保证同步时为同一把锁
    private static Object obj = new Object();
    private static int flag = 5;


    public Philosopher(String name, Chopsticks leftChopsticks, Chopsticks rightChopsticks) {
        //调用父方法给进程取名字
        super(name);
        this.leftChopsticks = leftChopsticks;
        this.rightChopsticks = rightChopsticks;
    }


    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            thinking();
            takeChopsticks();
        }
    }

    //思考
    private void thinking() {
        //获取当前进程名称
        String threadName = Thread.currentThread().getName();
        Random random = new Random();
        //睡眠，不释放锁
        try {
            sleep(random.nextInt(10000)+1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(threadName + "思考中。。。");
    }

    //拿筷子
    public void takeChopsticks() {
        //让前四个哲学家先拿筷子
        synchronized (obj) {
            //如果只剩一个哲学家让他等待
            if (flag == 1) {
                try {
                    obj.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            //思考人数--
            flag--;
        }
        //进程进来先给左筷子请求进入并上锁，再请求右筷子
        synchronized (leftChopsticks) {
            //获取当前进程名称
            String threadName = Thread.currentThread().getName();
            //获取当前进程筷子
            String chopsticksName = leftChopsticks.getChopsticksName();
            //哲学家拿左筷子
            System.out.println(threadName + "拿起一根左筷子" + chopsticksName);


            synchronized (rightChopsticks) {
                //获取当前进程筷子
                chopsticksName = rightChopsticks.getChopsticksName();
                System.out.println(threadName + "拿起一根右筷子" + chopsticksName + "开始吃饭！");
            }
            //方法结束释放锁对象筷子

        }
        //唤醒没有拿到筷子的哲学家
        synchronized (obj) {
            obj.notify();
            flag++;
        }
    }
}

代码总结

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• 五个哲学家在争抢筷子时，由系统调度，从而可能发生死锁，通过设置flag来解决使得有一名哲学家不能进餐，当有一个人进餐完成后，flag++,思考的人员增加；通过随机设置思考睡眠时间，可以达到五个哲学家可以随机有两个人同时吃饭。