【并发编程】哲学家就餐问题

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有五位哲学家，围坐在圆桌旁

背景阐述

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

• 他们只做两件事，思考和吃饭，思考一会吃口饭，吃完后接着思考。
• 吃饭时要用两根筷子，桌上一个有5根筷子，，每位哲学家左右手边各有一根筷子。
• 如果筷子被身边的人拿着，自己就得等待

伪代码

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();
}

风险分析

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。?

代码实现

筷子类

class Chopstick {
    String name;
    public Chopstick(String name) {
        this.name = name;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "筷子{" + name + '}';
    }
}

哲学家类

class Philosopher extends Thread {
    Chopstick left;
    Chopstick right;
    public Philosopher(String name, Chopstick left, Chopstick right) {
        super(name);
        this.left = left;
        this.right = right;
    }
    private void eat() {
        log.debug("eating...");
        Sleeper.sleep(1);
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            // 获得左手筷子
            synchronized (left) {
                // 获得右手筷子
                synchronized (right) {
                    // 吃饭
                    eat();
                }
                // 放下右手筷子
            }
            // 放下左手筷子
        }
    }
}

就餐?

Chopstick c1 = new Chopstick("1");
Chopstick c2 = new Chopstick("2");
Chopstick c3 = new Chopstick("3");
Chopstick c4 = new Chopstick("4");
Chopstick c5 = new Chopstick("5");
new Philosopher("苏格拉底", c1, c2).start();
new Philosopher("柏拉图", c2, c3).start();
new Philosopher("亚里士多德", c3, c4).start();
new Philosopher("赫拉克利特", c4, c5).start();
new Philosopher("阿基米德", c5, c1).start();

执行不多会，就执行不下去了

使用 jconsole 检测死锁，发现

------------------------------------------------------------------------- 名称: 阿基米德 状态: cn.itcast.Chopstick@1540e19d (筷子1) 上的BLOCKED, 拥有者: 苏格拉底 总阻止数: 2, 总等待数: 1 堆栈跟踪: cn.itcast.Philosopher.run(TestDinner.java:48) - 已锁定 cn.itcast.Chopstick@6d6f6e28 (筷子5) ------------------------------------------------------------------------- 名称: 苏格拉底 状态: cn.itcast.Chopstick@677327b6 (筷子2) 上的BLOCKED, 拥有者: 柏拉图 总阻止数: 2, 总等待数: 1 堆栈跟踪: cn.itcast.Philosopher.run(TestDinner.java:48) - 已锁定 cn.itcast.Chopstick@1540e19d (筷子1) ------------------------------------------------------------------------- 名称: 柏拉图 状态: cn.itcast.Chopstick@14ae5a5 (筷子3) 上的BLOCKED, 拥有者: 亚里士多德 总阻止数: 2, 总等待数: 0 堆栈跟踪: cn.itcast.Philosopher.run(TestDinner.java:48) - 已锁定 cn.itcast.Chopstick@677327b6 (筷子2) ------------------------------------------------------------------------- 名称: 亚里士多德 状态: cn.itcast.Chopstick@7f31245a (筷子4) 上的BLOCKED, 拥有者: 赫拉克利特 总阻止数: 1, 总等待数: 1 堆栈跟踪: cn.itcast.Philosopher.run(TestDinner.java:48) - 已锁定 cn.itcast.Chopstick@14ae5a5 (筷子3) ------------------------------------------------------------------------- 名称: 赫拉克利特 状态: cn.itcast.Chopstick@6d6f6e28 (筷子5) 上的BLOCKED, 拥有者: 阿基米德 总阻止数: 2, 总等待数: 0 堆栈跟踪: cn.itcast.Philosopher.run(TestDinner.java:48) - 已锁定 cn.itcast.Chopstick@7f31245a (筷子4)

解决方法

?

• 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。