PV操作解决哲学家进餐问题（图文详解）

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);}}}