哲学家进餐问题java语言

哲学家进餐问题是一个经典的同步问题，描述如下：五个哲学家围绕着一张圆桌坐下，每个哲学家面前有一碗饭和一只叉子。同时开始，每个哲学家交替进行思考和进餐。当一个哲学家想要进餐时，必须先得到他左右两边的叉子。当他用完饭后，放下叉子继续思考。假设每个哲学家都是理性的，且不会做出自杀式的行为。如果所有哲学家同时拿起自己左边的叉子，那么他们将会发生死锁，因为每个哲学家等待右边的叉子被放下，而此时右边的叉子已被另一个哲学家拿走。

下面是哲学家进餐问题的一种解法，使用了互斥锁和条件变量来实现同步：

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class DiningPhilosophers {
    private static final int N = 5; // 哲学家数量
    private static final int THINKING = 0; // 思考状态
    private static final int HUNGRY = 1; // 饥饿状态
    private static final int EATING = 2; // 就餐状态
    private static final int LEFT = (i + N - 1) % N; // 左邻居编号
    private static final int RIGHT = (i + 1) % N; // 右邻居编号

    private static int[] state = new int[N]; // 记录哲学家状态
    private static Lock lock = new ReentrantLock(); // 互斥锁
    private static Condition[] cond = new Condition[N]; // 条件变量

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < N; i++) {
            state[i] = THINKING;
            cond[i] = lock.newCondition();
        }
        for (int i = 0; i < N; i++) {
            final int j = i;
            new Thread(() -> {
                while (true) {
                    System.out.printf("Philosopher %d is thinking\n", j);
                    try {
                        Thread.sleep((long) (Math.random() * 5000 + 1000)); // 模拟思考过程
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    lock.lock();
                    try {
                        state[j] = HUNGRY; // 尝试取得叉子
                        System.out.printf("Philosopher %d is hungry\n", j);
                        while (state[LEFT] == EATING || state[RIGHT] == EATING) {
                            cond[j].await(); // 等待条件变量
                        }
                        state[j] = EATING; // 取得叉子，开始就餐
                        System.out.printf("Philosopher %d is eating\n", j);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } finally {
                        lock.unlock();
                    }
                    try {
                        Thread.sleep((long) (Math.random() * 5000 + 1000)); // 模拟就餐过程
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    lock.lock();
                    try {
                        state[j] = THINKING; // 放下叉子，开始思考
                        System.out.printf("Philosopher %d is thinking\n", j);
                        if (state[LEFT] == HUNGRY && state[(j + N - 2) % N] != EATING) {
                            cond[LEFT].signal(); // 唤醒左邻居
                        }
                        if (state[RIGHT] == HUNGRY && state[(j + 1) % N] != EATING) {
                            cond[RIGHT].signal(); // 唤醒右邻居
                        }
                    } finally {
                        lock.unlock();
                    }
                }
            }).start();
        }
    }
}

在上面的代码中，每个哲学家使用一个线程来表示，线程执行的函数是 `philosopher`，传入的参数是哲学家的编号 `i`。`state` 数组记录每个哲学家的状态，互斥锁 `lock` 用来保护共享资源，条件变量 `cond` 用来进行同步。

哲学家的行为包括思考、饥饿和就餐三种状态，每个哲学家的状态变化如下：

- 思考状态：等待一段时间后进入饥饿状态。
- 饥饿状态：尝试取得左右两个叉子，如果无法取得则等待条件变量。如果成功取得叉子，则进入就餐状态。
- 就餐状态：等待一段时间后放下叉子，进入思考状态。在放下叉子之前，如果左右两个邻居饥饿且不在就餐，则唤醒左右邻居。

以上就是哲学家进餐问题的一种解法，使用了互斥锁和条件变量来实现同步。