哲学家进餐问题（图文详解）

1、哲学家进餐问题描述

哲学家进餐问题说的是：有五个哲学家，他们的生活方式是交替地进行思考和进餐，哲学家们共用一张圆桌，分别坐在周围的五张椅子上，在圆桌上有五个碗和五支筷子，平时哲学家进行思考，饥饿时便试图取其左、右最靠近他的筷子，只有在他拿到两支筷子时才能进餐，该哲学家进餐完毕后，放下左右两只筷子又继续思考。这个问题是由荷兰学者Dijkstra提出的经典的同步问题之一。哲学家进餐问题是一大类并发控制问题的典型例子，涉及信号量机制、管程机制以及死锁等操作系统中关键问题的应用，在操作系统文化史上具有非常重要的地位。对该问题的剖析有助于深刻地理解计算机系统中的资源共享、进程同步机制、死锁等问题，并能熟练地将该问题的解决思想应用于生活中的控制流程。

2、哲学家进餐问题算法的基本思想

用PV操作信号量来实现这个算法，当哲学家饥饿时，只能拿左边右边的筷子，拿到2个筷子才能进餐，且不能同时拿两边的筷子，我的思想是先让哲学家去拿他左边的筷子，执行Wait方法，成功后，再去拿他右边的筷子，执行Wait方法，成功后便可进餐。进餐毕，先放下他左边的筷子，然后再放下右边的筷子，但是可能会出现最坏的一种情况，就是大家同时都拿起左边筷子，造成死锁。为防止这个情况的发生，我将5个哲学家从1到5编号，奇数号的哲学家先拿起左边的筷子，再拿起右边的筷子。偶数号的哲学家先拿起右边的筷子，再拿起左边的筷子。从而使得，只有1号和2号哲学家会同时竞争1号的筷子，3号和4四号的哲学家会同时竞争3号的筷子，即这5位哲学家会先竞争奇数号的筷子，再去竞争偶数号的筷子，最后总会有一个哲学家可以进餐成功。这样就打破了死锁的循环等待条件，从而避免了死锁的发生！

注：（实际程序中我是从0到4给哲学家和筷子编的号程序中判断奇数偶数时用的ID+1）

3、算法实现流程图

…流程差不多就是这样（可能会画的不是特别准确，但理解大概思路就好）

4、你要的程序它来了！

注：看代码前最好对线程和 PV操作信号量有些了解代码总体简要说明：
用PV操作信号量来实现这个算法，init()方法初始化每个筷子信号量，创建五个哲学家进程执行start()方法，当线程调用了run()方法后，对进入该方法的哲学家进行判断，奇数号的哲学家先拿起左边的筷子，再拿起右边的筷子。偶数号的哲学家先拿起右边的筷子，再拿起左边的筷子，（拿筷子前执行Wait方法，成功后，再去拿他另一个筷子，执行Wait方法，成功后便可进餐）放筷子也按拿筷子时的左右顺序放下从而避免死锁。当run()执行到第30次后退出程序。
本人代码 PV操作信号量的详细说明：
说的通俗点就是哲学家在使用筷子时，筷子信号量本是1但由于这位哲学家的使用使信号量－1，为0，按本人代码来看的话下次在有人想抢这个筷子的时候会先执行信号量-1的操作，当发现（count < 0）了也是信号量小于0了，就说明这个筷子你没抢上正有哲学家在用，他就要等待notify函数将其唤醒，那么某时抢到这个筷子的哲学家sleep()完了也就是吃完了那么信号量就要加1，此时再一个判断count<=0 ？,正常来说，他用之前信号量是1，吃完饭执行PV操作后这个筷子的信号量还应该是1。但如果如果count<=0为真的话就是说在他使用的这个筷子期间还有人想使用这个筷子但是没抢上所以现在要做的是PV操作这个筷子的信号量+1，可以notify他了也就是将其唤醒。使之运行下去。

package zhexuejiajincan;public class Main {public static void main(String[] args) {Init init = new Init(); // 先初始化每个筷子的信号量，该方法内用一个信号量表示一个筷子Man man[] = new Man[5]; // 创建5个哲学家int i;for (i = 0; i < 5; i++) {man[i] = new Man(i);}Thread[] t = new Thread[5]; // 创建5个线程for (i = 0; i < 5; i++) {t[i] = new Thread(man[i]); // 创建5个哲学家类型的线程}for (i = 0; i < 5; i++) {t[i].start(); // 启动这五个线程！// //因为调用线程的start方法，并不是马上启动run方法，而是进入就绪状态，由系统内部的调度方法来调用，所以运行结果不唯一}}
}class PV { // PV操作类int count = 0; // 信号量PV() {}PV(int a) {count = a; // 给每个筷子定义个信号量}public synchronized void Wait(int id) { // 关键字 synchronized// 保证了此操作是一条原语，可以保证在同一时刻，只有一个线程可以执行某个方法或某个代码块，count--; // p操作// 若count减1后仍大于或等于0，则进程继续执行,反之则该进程被阻塞后放入等待该信号量的等待队列中，然后转线程调度。if (count < 0) { // 等于0 ：有一个进程进入了临界区try {System.out.println("哲学家" + id + "在思考"); // 这时候说明他身边至少有一根筷子被占用了// 所有只能thinking 等被人吃完// notify（）后才通知他this.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}public synchronized void Signal(int id) { // 关键字 synchronized// 保证了此操作是一条原语，可以保证在同一时刻，只有一个线程可以执行某个方法或某个代码块，count++; // v操作若相加后结果大于0，则进程继续执行，若相加后结果小于或等于0，则从该信号的等待队列中释放一个等待进程，然后再返回线程继续执行或转线程调度if (count <= 0) { // 如果有进程阻塞  this.notify(); // All notify通知所有等待的线程}}
}class Init {static PV chopsticks[] = new PV[5];// 重写了无参构造方法 从而自动new PV类 进行相应的操作。Init() {int i;for (i = 0; i < 5; i++) {chopsticks[i] = new PV(1);// 初始化信号量传入参数1表示用一个信号量表示一个筷子System.out.println("哲学家"+i+"在思考"); //最开始所有哲学家的初始状态都在思考}}
}class Man implements Runnable {// 哲学家类 //Runnable和Thread二者本身就没有本质区别，就是接口和类的区别int ID = 0;Man() {}Man(int id) {ID = id;}// 重写线程的run方法public void run() {while (true) {// 因为哲学家man的ID我是从0开始赋值的 故在判断奇数偶数时 我加了1if ((ID + 1) % 2 != 0) {// 奇数号哲学家// 拿起左筷子Init.chopsticks[ID].Wait(ID);// 拿起右筷子Init.chopsticks[(ID + 1) % 5].Wait(ID);System.out.println("哲学家" + ID + "拿起了筷子" + ID + "和筷子"+ ((ID + 1) % 5) + "吃了起来");try {Thread.sleep(1000);// 1000毫秒,让当前正在执行的线程休眠(暂停执行),从而看出哲学家目前的状态} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}System.out.println("哲学家" + ID + "吃完了，把筷子放回了原处，开始思考");//因为奇数哲学 先拿的左后拿的右   那么放筷子的时候也是这个顺序Init.chopsticks[ID].Signal(ID);Init.chopsticks[(ID + 1) % 5].Signal(ID + 1);} else {// 偶数号哲学家// 请求右边的筷子Init.chopsticks[(ID + 1) % 5].Wait(ID);// 再请求左边的筷子Init.chopsticks[ID].Wait(ID);System.out.println("哲学家" + ID + "拿起了筷子" + ID + "和筷子"+ ((ID + 1) % 5) + "吃了起来");try {Thread.sleep(1000);// 1000毫秒,让当前正在执行的线程休眠(暂停执行),从而看出哲学家目前的状态} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}System.out.println("哲学家" + ID + "吃完了，把筷子放回了原处，开始思考");//因为偶数哲学 先拿的右后拿的左  那么放筷子的时候也是这个顺序Init.chopsticks[(ID + 1) % 5].Signal(ID + 1);Init.chopsticks[ID].Signal(ID);}}}

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