2023-12蓝桥杯STEMA考试 C++ 中高级试卷解析

问题描述

哲学家问题：其中多个哲学家在共享有限资源（筷子）的情况下进行工作（思考和吃饭），这可能导致死锁。

每位哲学家需要两根筷子才能吃饭，而每根筷子只能被一位哲学家使用，这就导致了资源的互斥性。在吃饭时会拿起左右两边的筷子，并保持持有直到吃完饭。如果筷子不足，他们就会等待，在这个场景中，哲学家不会从其他哲学家手中抢夺筷子，只有当筷子可用时，他们才会拿起筷子。

可能发生所有哲学家都拿着手中的一根筷子，同时等待另一根筷子的情况，这样就形成了一个环路，每个人都在等待其他人释放资源，导致所有人都无法继续进餐，即发生了死锁。

 代码演示

1. 采用synchronized写法

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

import static test0202.Test02042.STATE;

public class Test02042 {
    public static AtomicInteger STATE = new AtomicInteger(0b00000);

    public static void main(String[] args) {
        Chopstick c1 = new Chopstick("1");
        Chopstick c2 = new Chopstick("2");
        Chopstick c3 = new Chopstick("3");
        Chopstick c4 = new Chopstick("4");
        Chopstick c5 = new Chopstick("5");
        new Philosopher("苏格拉底", c1, c2).start();
        new Philosopher("柏拉图", c2, c3).start();
        new Philosopher("亚里士多德", c3, c4).start();
        new Philosopher("赫拉克利特", c4, c5).start();
        new Philosopher("阿基米德", c5, c1).start();
    }
}


class Philosopher extends Thread {
    Chopstick left;
    Chopstick right;

    public Philosopher(String name, Chopstick left, Chopstick right) {
        super(name);
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            do {

            } while (!STATE.compareAndSet(STATE.get(), 0b00011));
            //　尝试获得左手筷子
            synchronized (left) {
                // 尝试获得右手筷子
                synchronized (right) {
                    eat();
                }
            }
        }
    }

    private void eat() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"eating...");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class Chopstick {
    String name;

    public Chopstick(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "筷子{" + name + '}';
    }
}

运行结果： 发现代码不会继续执行 ，此时已经发生了死锁

 改为可以超时释放的写法：

package test0202;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Test0204 {
    public static void main(String[] args) {
        Chopstick c1 = new Chopstick("1");
        Chopstick c2 = new Chopstick("2");
        Chopstick c3 = new Chopstick("3");
        Chopstick c4 = new Chopstick("4");
        Chopstick c5 = new Chopstick("5");
        new Philosopher("苏格拉底", c1, c2).start();
        new Philosopher("柏拉图", c2, c3).start();
        new Philosopher("亚里士多德", c3, c4).start();
        new Philosopher("赫拉克利特", c4, c5).start();
        new Philosopher("阿基米德", c5, c1).start();
    }
}


class Philosopher extends Thread {
    Chopstick left;
    Chopstick right;

    public Philosopher(String name, Chopstick left, Chopstick right) {
        super(name);
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            //　尝试获得左手筷子
            if (left.tryLock()) {
                try {
                    // 尝试获得右手筷子
                    if (right.tryLock()) {
                        try {
                            eat();
                        } finally {
                            right.unlock();
                        }
                    }
                } finally {
                    left.unlock();
                }
            }
        }
    }

    private void eat() {

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"eating...");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}



class Chopstick extends ReentrantLock {
    String name;

    public Chopstick(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "筷子{" + name + '}';
    }
}