餐饮哲学家问题

餐饮哲学家问题是一种经典的并发编程问题，它涉及多个进程同时竞争有限数量的资源。

问题描述

假设有 N 个哲学家和同样数量的餐叉，这些哲学家围坐在一张圆桌旁，每个哲学家面前有一碗意大利面。每个哲学家同时思考和进食，他们需要使用餐叉来夹意大利面。

哲学家问题的困难在于如何协调每个哲学家的行动，以避免竞争条件和死锁。

可能的情况是：

• 哲学家可以在拿到两个餐叉后开始进食，每个人左右各有一个餐叉。
• 如果哲学家的左右两边的餐叉都不可用，则他必须等待，直到其中一个餐叉可用时才能拿起另一个餐叉并进食。
• 哲学家吃完后会放下餐叉，餐叉即可供其他哲学家使用。

挑战

实现一个算法，并考虑避免死锁和竞争条件的情况下，使每个哲学家都能够进食。

解决方案

解决餐饮哲学家问题的一种经典解决方案是使用资源分级，即在每个餐叉周围放置一个信号量。同时，当每个哲学家在用餐时，他会先尝试获取他左边的餐叉，然后尝试获取他右边的餐叉，如果他不能同时获取两个餐叉，则他将释放已经获得的餐叉。

# Python 代码

import threading

class Philosopher(threading.Thread):
    def __init__(self, left_fork, right_fork):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.left_fork = left_fork
        self.right_fork = right_fork

    def run(self):
        while True:
            self.left_fork.acquire() # 获取左边的餐叉
            self.right_fork.acquire() # 获取右边的餐叉

            print(f"philosopher {self.name} is eating now..") # 就餐
          
            self.right_fork.release() # 放下右边的餐叉
            self.left_fork.release() # 放下左边的餐叉

if __name__ == '__main__':
    num_of_philosophers = 5
    forks = [threading.Lock() for n in range(num_of_philosophers)]

    philosophers = [Philosopher(forks[n], forks[(n + 1) % num_of_philosophers]) for n in range(num_of_philosophers)]

    for philosopher in philosophers:
        philosopher.start()

在这个例子中，我们创建了5个哲学家，每个哲学家都有左右两个餐叉。我们通过 Lock 实现了信号量，确保每个哲学家在就餐时只持有一个餐叉。

总结

餐饮哲学家问题是一个经典的并发编程问题，它挑战我们的编程技能和创造力。通过精心的资源分级和协调，我们可以成功解决这个问题，并确保每个哲学家都能在有限的时间内进食。