【并发编程】哲学家饥饿问题的代码实现

白冥 · 发表于 2024-5-18 01:46:17

import threading
import time
class Consumption:
def __init__(self, counts):
self.counts=counts
self.forks=[Fork() for _ in range(self.counts)]
self.philosophers=[Philosopher(i) for i in range(self.counts)]
def consumption(self, position):
philosopher=self.philosophers[position]
left_fork, right_fork = self.forks[position], self.forks[(position+1) % self.counts]
first_fork = left_fork if position%2 == 0 else right_fork
second_fork=right_fork if position%2==0 else left_fork
while not philosopher.leave:
philosopher.with_forks(first_fork, second_fork)
class Fork:
def __init__(self):
self.lock=threading.Lock()
def wait(self):
try:
self.lock.acquire(timeout=3)
return True
except threading.Timeout:
return False
def signal(self):
self.lock.release()
class Philosopher:
def __init__(self,position):
self.satiety=50
self.leave=False
self.position=position
self.forks=[]
def with_forks(self, *forks):
for fork in forks:
if not fork.wait():
self.reduce()
return
else:
self.forks.append(fork)
self.eat()
def put_forks(self):
counts=len(self.forks)
for i in range(counts):
self.forks[i].signal()
self.forks.pop(i)
def eat(self,):
time.sleep(10)
self.rise()
def anger(self):
self.put_forks()
self.leave=True
print(f"Dr.{self.position} is so hungry that he can't bear it and decide to leave.")
def be_full(self,philosopher):
self.put_forks()
self.leave=True
print(f"Dr.{self.position} feel satisfied and leave the table.")
def rise(self):
if self.satiety>=0 and self.satiety<100:
self.satiety+=10
else:
self.be_full()
def reduce(self):
if self.satiety>=0 and self.satiety<100:
self.satiety-=10
else:
self.anger()
if __name__=="__main__":
counts=5
consumption=Consumption(counts)
for i in range(counts):
threading.Thread(target=consumption.consumption,args=(i,)).start()

复制代码

哲学家饥饿问题是计算机科学家迪杰斯特拉(Dijkstra)提出的经典并发问题。
有5个哲学家（线程）坐在圆桌上，每个哲学家之间放着一把叉子。一个哲学家要吃饭，他需要左右两边的叉子。如果相邻的两个哲学家同时试图拿起中间的叉子，就可能产生死锁。

Consumption类初始化时，根据传入的哲学家数量（counts）创建相应数量的叉子和哲学家对象。
consumption方法用于模拟某位哲学家的就餐过程。根据哲学家的位置，确定他需要获取的叉子的顺序（先左后右或先右后左，以避免死锁），并尝试拿起叉子吃饭。
Fork类表示叉子，包含一个线程锁来控制对叉子的访问。wait方法尝试获取锁，如果获取成功返回True，否则在设定的超时时间后返回False。signal方法用于释放锁。
Philosopher类代表哲学家，包含哲学家的状态（如满意度、是否离开等）和与叉子交互的方法（如拿起叉子、放下叉子等）。
在Philosopher类中，with_forks方法尝试让哲学家拿起左右两边的叉子，如果拿起成功则开始吃饭，否则根据哲学家的满意度决定是否离开。
eat方法模拟吃饭过程，吃完后增加哲学家的满意度。
anger和be_full方法分别模拟哲学家因饥饿而愤怒离开和吃饱后满意离开的情况。
rise和reduce方法分别用于增加和减少哲学家的满意度。