java实现银行家算法（Swing界面）

Java实现银行家算法（Swing界面）攻略

银行家算法（Banker's Algorithm）是一种经典的死锁预防算法，常用于操作系统中。在多进程环境下，进程需要占用资源，但是资源并不足够，如果资源分配策略不合理，则可能会出现死锁的情况。银行家算法通过资源的最大需求量和已分配需求量来判断分配资源是否会导致死锁的发生，从而保障系统运行的安全性。

本文基于Java编写了一个带有图形化界面的银行家算法演示程序。其中，Swing作为Java的图形界面组件，用于构建程序的用户界面；Java的线程安全机制则用于实现多进程运行环境，并对进程进行资源的分配和释放。以下为该程序的详细攻略：

准备工作

在开始编写程序之前，需要配置Java环境，并了解Java程序的基本语法和Swing界面组件的使用方法。

界面设计

使用Swing界面组件可以设计出一个漂亮的用户界面，界面中应包含以下几个部分：

1. 输入框：用于输入进程数量和资源数量。

2. 按钮：用于启动程序、退出程序、显示帮助文档和显示结果等。

3. 表格：显示当前进程的状态、需要的资源量、已分配的资源量、已释放的资源量等。

4. 结果框：显示程序的运行结果和调度结果。

具体的Swing组件使用方式，在此不做过多赘述。

程序核心功能实现

实现银行家算法的主要思路是在Java程序中创建多个线程，其中每个线程对应一个进程，每个线程都需要占用一定数量的资源。在程序运行过程中，每个进程所需资源量、已分配资源量、已释放资源量等状态都会发生变化。

1. 启动程序：点击“开始运行”按钮后，程序会读取输入框中的数字并生成相应数量的线程。

for(int i=0;i<processNum;i++) {
    Process p = new Process(i, maxReq[i], currReq[i], allocated[i], released[i],available);
    p.start();
}

1. 生成进程线程和分配资源：在每个进程线程中，需要实现请求资源、释放资源等操作。

其中，请求资源的方法：

public synchronized boolean requestResource(int[] req) {
    if(compare(need,req)){
        if(compare(available,req)){
            for(int i=0;i<resourceNum;i++){
                allocated[i] += req[i];
                need[i] -= req[i];
                available[i] -= req[i];
            }
            return true;
        }
    }else{
        return false;
    }
    return false;
}

参数req为进程所需资源量，通过比较其与当前系统可提供的资源量以及该进程尚未分配的资源量的大小关系，来判断是否可以分配资源。

1. 死锁检测：在程序运行过程中，需要不断地检查各个进程的状态，判断是否可以分配资源、释放资源，或者是否会出现死锁状态。

public synchronized boolean isSafe(int[] req){
    int[] work = available.clone();
    int[][] tempNeed = need.clone();
    int[][] tempAllocation = allocated.clone();
    int[] finish = new int[processNum];
    int counter = 0;

    while(counter<processNum){
        boolean check = false;
        for(int i = 0;i<processNum;i++){
            if(!compare(tempNeed[i],new int[resourceNum])&&!compare(finish,new int[]{1},i)){
                if(compare(tempNeed[i],work)){
                    for(int j = 0;j<resourceNum;j++){
                        work[j] += tempAllocation[i][j];
                    }
                    finish[i] = 1;
                    check = true;
                    counter++;
                }
            }
        }
        if(!check){
            break;
        }
    }
    return counter==processNum;
}

检测死锁需要用到安全性算法，即检查是否存在安全序列。程序通过安全序列判断当前系统状态是否安全，如果存在安全序列，则可以分配资源，否则不分配。

1. 计算结果：程序最终会计算出各个进程的已分配资源、已释放资源等状态，并将结果显示在图形界面上。

示例说明

以下是两个程序示例：

示例1

假设系统有3个进程，每个进程需要占用的资源如下：

进程	最大需求量	已分配资源量	已释放资源量
P1	2 2 3	0 0 0	0 0 0
P2	3 2 2	0 0 0	0 0 0
P3	2 2 2	0 0 0	0 0 0

系统可用的资源量为 4 4 4。

• 输入进程数：3
• 输入资源数：4
• 最大需求量：2,2,3;3,2,2;2,2,2
• 已分配资源量：0,0,0;0,0,0;0,0,0
• 已释放资源量：0,0,0;0,0,0;0,0,0

结果：程序可以很快计算出各个进程的可用资源量，如下所示：

进程	最大需求量	已分配资源量	已释放资源量
P1	2 2 3	2 2 3	0 0 0
P2	3 2 2	0 0 0	0 0 0
P3	2 2 2	0 0 0	0 0 0

示例2

假设系统有4个进程，每个进程需要占用的资源如下：

进程	最大需求量	已分配资源量	已释放资源量
P1	4 2 2	0 0 0	0 0 0
P2	2 3 0	0 0 0	0 0 0
P3	2 3 1	0 0 0	0 0 0
P4	1 1 1	0 0 0	0 0 0

系统可用的资源量为 8 5 4。

• 输入进程数：4
• 输入资源数：3
• 最大需求量：4,2,2;2,3,0;2,3,1;1,1,1
• 已分配资源量：0,0,0;0,0,0;0,0,0;0,0,0
• 已释放资源量：0,0,0;0,0,0;0,0,0;0,0,0

结果：程序可以很快计算出各个进程的可用资源量，如下所示：

进程	最大需求量	已分配资源量	已释放资源量
P1	4 2 2	4 2 2	0 0 0
P2	2 3 0	0 0 0	0 0 0
P3	2 3 1	0 3 1	0 0 0
P4	1 1 1	0 0 0	0 0 0

总结

本文从Java语言和Swing界面组件出发，详细讲解了银行家算法实现过程中需要注意的细节。银行家算法是一种重要的死锁预防算法，它可以有效避免多进程环境下资源分配出现死锁的情况。通过本文的学习，读者可以掌握银行家算法的基本思路和Java语言实现的关键技术。