哲学家就餐问题中的JAVA多线程学习

下面是哲学家就餐问题中的JAVA多线程学习的完整攻略。

什么是哲学家就餐问题？

哲学家就餐问题是计算机科学中的一个著名问题，源于柏拉图、伏尔泰等人关于如何和平共处的讨论。该问题描述了五个哲学家围坐在一张圆形餐桌周围，他们的左右手各放着一个筷子，哲学家需要用两只筷子才能吃饭，但只有这五个筷子供全部哲学家共用。哲学家在思考问题时不会释放筷子，因此当哲学家同时请求左右手两边的筷子时，会发生死锁。

哲学家就餐问题如何用JAVA多线程解决？

为了解决哲学家就餐问题，我们可以使用JAVA多线程技术来实现。我们可以每一个哲学家都是一个线程，筷子则可以作为资源进行线程之间的互斥访问。以下是JAVA多线程解决哲学家就餐问题的步骤：

1. 定义哲学家和筷子类

我们需要定义一个哲学家类 和 一个筷子类，分别代表哲学家和筷子。哲学家类中需要维护左右两边筷子的信息和吃饭的方法，筷子类只需要表示是否被占用即可。

class Philosopher extends Thread {
    private final Object leftChopstick;
    private final Object rightChopstick;

    public Philosopher(Object leftChopstick, Object rightChopstick) {
        this.leftChopstick = leftChopstick;
        this.rightChopstick = rightChopstick;
    }

    public void run() {
        try {
            while (true) {
                System.out.println("哲学家" + this.getName() + "开始思考");
                Thread.sleep((int) (Math.random() * 10000));
                System.out.println("哲学家" + this.getName() + "饿了，开始吃饭");
                synchronized (leftChopstick) {
                    System.out.println("哲学家" + this.getName() + "拿起了左边的筷子");
                    synchronized (rightChopstick) {
                    System.out.println("哲学家" + this.getName() + "拿起了右边的筷子");
                    System.out.println("哲学家" + this.getName() + "开始用餐");
                    Thread.sleep((int) (Math.random() * 10000));
                    }
                }
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class Chopstick {
    // 筷子的编号
    private final int ID;
    // 筷子是否被占用
    private boolean isUsed = false;

    public Chopstick(int id) {
        ID = id;
    }

    public synchronized boolean take(int philosopher) throws InterruptedException {
        if (!isUsed) {
            isUsed = true;
            System.out.println("哲学家" + philosopher + "拿起了" + ID + "号筷子");
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }

    public synchronized void putDown(int philosopher) {
        isUsed = false;
        System.out.println("哲学家" + philosopher + "放下了" + ID + "号筷子");
    }
}

2. 创建哲学家和筷子对象

在主函数中，我们需要创建五个哲学家和五个筷子对象。把每个哲学家的左手筷子和右手筷子传给相应哲学家的构造函数。

public class DiningPhilosophers {
    public static void main(String[] args) {
        Chopstick[] chopsticks = new Chopstick[5];
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            chopsticks[i] = new Chopstick(i);
        }
        Philosopher[] philosophers = new Philosopher[5];
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            philosophers[i] = new Philosopher(chopsticks[i], chopsticks[(i + 1) % 5]);
            philosophers[i].setName(String.valueOf((i + 1)));  // 设置线程名称
            philosophers[i].start();
        }
    }
}

两条示例说明

例1：使用Java多线程解决哲学家就餐问题

在上面的代码中，我们使用Java多线程技术解决了哲学家就餐问题。每个哲学家都是一个线程，筷子则被视为资源来进行线程间的同步。每个哲学家若要吃饭，就先去拿左手边的筷子，若拿到了，接着去拿右手边的筷子，若都拿到了，就开始就餐。若不能拿到筷子，就一直等待，直到拿到筷子才开始就餐。使用Java多线程技术解决哲学家就餐问题的代码，相比单线程实现，简洁、高效、可扩展性强，非常适合多人协作开发。

例2：避免死锁

在哲学家就餐问题中，存在死锁问题，即某些哲学家都持有了左手的筷子，等待右手的筷子，导致所有哲学家都无法用餐。为了避免死锁，我们可以让其中一个哲学家的左右筷子交换顺序，即先去拿右手边的筷子，再去拿左手边的筷子。这样就能避免死锁的问题了。