_1226_DiningPhilosophers.java

package pp.arithmetic.leetcode;

import java.util.concurrent.Semaphore;

/**
 * Created by wangpeng on 2020-07-17.
 * 1226. 哲学家进餐
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 * 5 个沉默寡言的哲学家围坐在圆桌前，每人面前一盘意面。叉子放在哲学家之间的桌面上。（5 个哲学家，5 根叉子）
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 * 所有的哲学家都只会在思考和进餐两种行为间交替。哲学家只有同时拿到左边和右边的叉子才能吃到面，而同一根叉子在同一时间只能被一个哲学家使用。每个哲学家吃完面后都需要把叉子放回桌面以供其他哲学家吃面。只要条件允许，哲学家可以拿起左边或者右边的叉子，但在没有同时拿到左右叉子时不能进食。
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 * 假设面的数量没有限制，哲学家也能随便吃，不需要考虑吃不吃得下。
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 * 设计一个进餐规则（并行算法）使得每个哲学家都不会挨饿；也就是说，在没有人知道别人什么时候想吃东西或思考的情况下，每个哲学家都可以在吃饭和思考之间一直交替下去。
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 * 问题描述和图片来自维基百科 wikipedia.org
 * 图片地址：https://assets.leetcode-cn.com/aliyun-lc-upload/uploads/2019/10/23/an_illustration_of_the_dining_philosophers_problem.png
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 * 哲学家从 0 到 4 按 顺时针 编号。请实现函数 void wantsToEat(philosopher, pickLeftFork, pickRightFork, eat, putLeftFork, putRightFork)：
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 * philosopher 哲学家的编号。
 * pickLeftFork 和 pickRightFork 表示拿起左边或右边的叉子。
 * eat 表示吃面。
 * putLeftFork 和 putRightFork 表示放下左边或右边的叉子。
 * 由于哲学家不是在吃面就是在想着啥时候吃面，所以思考这个方法没有对应的回调。
 * 给你 5 个线程，每个都代表一个哲学家，请你使用类的同一个对象来模拟这个过程。在最后一次调用结束之前，可能会为同一个哲学家多次调用该函数。
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 * 示例：
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 * 输入：n = 1
 * 输出：[[4,2,1],[4,1,1],[0,1,1],[2,2,1],[2,1,1],[2,0,3],[2,1,2],[2,2,2],[4,0,3],[4,1,2],[0,2,1],[4,2,2],[3,2,1],[3,1,1],[0,0,3],[0,1,2],[0,2,2],[1,2,1],[1,1,1],[3,0,3],[3,1,2],[3,2,2],[1,0,3],[1,1,2],[1,2,2]]
 * 解释:
 * n 表示每个哲学家需要进餐的次数。
 * 输出数组描述了叉子的控制和进餐的调用，它的格式如下：
 * output[i] = [a, b, c] (3个整数)
 * - a 哲学家编号。
 * - b 指定叉子：{1 : 左边, 2 : 右边}.
 * - c 指定行为：{1 : 拿起, 2 : 放下, 3 : 吃面}。
 * 如 [4,2,1] 表示 4 号哲学家拿起了右边的叉子。
 *  
 *
 * 提示：
 *
 * 1 <= n <= 60
 *
 * 来源：力扣（LeetCode）
 * 链接：https://leetcode-cn.com/problems/the-dining-philosophers
 * 著作权归领扣网络所有。商业转载请联系官方授权，非商业转载请注明出处。
 */
public class _1226_DiningPhilosophers {

    public static void main(String[] args) {
        DiningPhilosophers diningPhilosophers = new DiningPhilosophers();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            int finalI = i;
            new Thread(){
                @Override
                public void run() {
                    super.run();
                    try {
                        diningPhilosophers.wantsToEat(finalI, new Runnable() {
                            @Override
                            public void run() {
                                System.out.println("["+finalI+",1,1]");
                            }
                        }, new Runnable() {
                            @Override
                            public void run() {
                                System.out.println("["+finalI+",2,1]");
                            }
                        }, new Runnable() {
                            @Override
                            public void run() {
                                try {
                                    Thread.sleep(1000);
                                } catch (InterruptedException e) {
                                    e.printStackTrace();
                                }
                                System.out.println("["+finalI+",0,3]");
                            }
                        }, new Runnable() {
                            @Override
                            public void run() {
                                System.out.println("["+finalI+",1,2]");
                            }
                        }, new Runnable() {
                            @Override
                            public void run() {
                                System.out.println("["+finalI+",2,2]");
                            }
                        });
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }.start();
        }
    }

    /**
     * 解题思路：
     * 资源：5个叉子（5个信号量），同时拿到两个叉子（1个互斥信号量，防止死锁）,此题解并不是最优解，最优解应该能满足多个同时进餐
     */
    static class DiningPhilosophers {
        //一个互斥信号量用于临界资源的互斥访问
        private Semaphore mutex;
        //5个同步信号量用于哲学家之间的同步访问
        private Semaphore[] sema;
        public DiningPhilosophers() {
            mutex = new Semaphore(1);
            sema = new Semaphore[] {
                    new Semaphore(1),
                    new Semaphore(1),
                    new Semaphore(1),
                    new Semaphore(1),
                    new Semaphore(1)
            };
        }

        // call the run() method of any runnable to execute its code
        public void wantsToEat(int philosopher,
                               Runnable pickLeftFork,
                               Runnable pickRightFork,
                               Runnable eat,
                               Runnable putLeftFork,
                               Runnable putRightFork) throws InterruptedException {
            //一个哲学家如果要拿起叉子就同时拿两个，因此这里是一个原子操作，需要用mutex信号量包起来，表示互斥
            mutex.acquire();
            //尝试获取左手边的叉子
            sema[philosopher].acquire();
            //尝试获取右手边的叉子
            sema[(philosopher+1) % 5].acquire();

            pickLeftFork.run();
            pickRightFork.run();
            //我认为这句话应该放在这里。
            // mutex.release();

            //拿到叉子开始吃饭
            eat.run();

            //吃完饭放下叉子
            putLeftFork.run();
            sema[philosopher].release();
            putRightFork.run();
            sema[(philosopher+1) % 5].release();
            mutex.release();
        }
    }
}