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feat: add leetcode question #1229
1 parent 9b1910e commit 5af517b

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1+
package com.hi.dhl.algorithms.other.concurrency._1226;
2+
3+
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
4+
5+
/**
6+
* <pre>
7+
* author: dhl
8+
* date : 2020年11月10日
9+
* desc :
10+
* </pre>
11+
*/
12+
class DiningPhilosophersCAS {
13+
private final AtomicInteger forks = new AtomicInteger(0);
14+
15+
public DiningPhilosophersCAS() {
16+
17+
}
18+
19+
// call the run() method of any runnable to execute its code
20+
public void wantsToEat(int philosopher,
21+
Runnable pickLeftFork,
22+
Runnable pickRightFork,
23+
Runnable eat,
24+
Runnable putLeftFork,
25+
Runnable putRightFork) throws InterruptedException {
26+
while (!forks.compareAndSet(0, 1)) Thread.sleep(1);
27+
pickLeftFork.run();
28+
pickRightFork.run();
29+
eat.run();
30+
putLeftFork.run();
31+
putRightFork.run();
32+
while (!forks.compareAndSet(1, 0)) Thread.sleep(1);
33+
}
34+
}
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@@ -0,0 +1,38 @@
1+
package com.hi.dhl.algorithms.other.concurrency._1226;
2+
3+
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
4+
5+
/**
6+
* <pre>
7+
* author: dhl
8+
* date : 2020年11月10日
9+
* desc :
10+
* </pre>
11+
*/
12+
13+
class DiningPhilosophersLock {
14+
private final ReentrantLock forkLock = new ReentrantLock();
15+
16+
public DiningPhilosophersLock() {
17+
18+
}
19+
20+
// call the run() method of any runnable to execute its code
21+
public void wantsToEat(int philosopher,
22+
Runnable pickLeftFork,
23+
Runnable pickRightFork,
24+
Runnable eat,
25+
Runnable putLeftFork,
26+
Runnable putRightFork) throws InterruptedException {
27+
forkLock.lock();
28+
try {
29+
pickLeftFork.run();
30+
pickRightFork.run();
31+
eat.run();
32+
putLeftFork.run();
33+
putRightFork.run();
34+
} finally {
35+
forkLock.unlock();
36+
}
37+
}
38+
}

‎README.md

Lines changed: 1 addition & 1 deletion
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@@ -6,7 +6,7 @@
66
剑指 offer 及大厂面试题解:<a href ="https://offer.hi-dhl.com">在线阅读</a>,LeetCode 系列题解:<a href ="https://leetcode.hi-dhl.com">在线阅读</a>
77
</p>
88

9-
<p align="center"> 做题进度:AC 131 题,每道题目都会用 Java 和 kotlin 去实现</p>
9+
<p align="center"> 做题进度:AC 132 题,每道题目都会用 Java 和 kotlin 去实现</p>
1010

1111
<p align="center"> 每题都有解题思路、时间复杂度、空间复杂度、源代码</p>
1212

‎leetcode/common/index_header.md

Lines changed: 1 addition & 1 deletion
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@@ -2,7 +2,7 @@
22

33
<p align="center"> 仓库 <b>每周</b> 持续更新,如果对你有帮助,请在右上角 star 一下</p>
44

5-
<p align="center"> LeetCode 的题解进度,目前已经 AC 了 131 题</p>
5+
<p align="center"> LeetCode 的题解进度,目前已经 AC 了 132 题</p>
66

77
<p align="center"> 每题都有解题思路、时间复杂度、空间复杂度、源代码</p>
88

‎offer/_sidebar.md

Lines changed: 1 addition & 0 deletions
Original file line numberDiff line numberDiff line change
@@ -13,6 +13,7 @@
1313
* [多线程-打印零与奇偶数](/multi-thread/05-print-zero-even-odd.md)
1414
* [多线程-H2O 生成](/multi-thread/06-h20.md)
1515
* [多线程-交替打印字符串](/multi-thread/07-fizz-buzz.md)
16+
* [多线程-哲学家进餐](/multi-thread/08-dining-philosophers.md)
1617

1718
* 大厂面试题
1819

‎offer/common/index_header.md

Lines changed: 1 addition & 1 deletion
Original file line numberDiff line numberDiff line change
@@ -2,7 +2,7 @@
22

33
<p align="center"> 仓库 <b>每周</b> 持续更新,如果对你有帮助,请在右上角 star 一下</p>
44

5-
<p align="center"> LeetCode 的题解进度,目前已经 AC 了 131 题</p>
5+
<p align="center"> LeetCode 的题解进度,目前已经 AC 了 132 题</p>
66

77
<p align="center"> 每题都有解题思路、时间复杂度、空间复杂度、源代码 </p>
88

Lines changed: 139 additions & 0 deletions
Original file line numberDiff line numberDiff line change
@@ -0,0 +1,139 @@
1+
题目来源于 LeetCode 多线程 第 1226 号问题:哲学家进餐。题目难度为 Middle。
2+
3+
* [中文地址:https://leetcode-cn.com/problems/the-dining-philosophers](https://leetcode-cn.com/problems/the-dining-philosophers)
4+
5+
## 题目描述
6+
7+
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)
8+
9+
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。
10+
11+
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。
12+
13+
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。
14+
15+
![](http://img.hi-dhl.com/16049695340941.jpg)
16+
17+
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):
18+
19+
* philosopher 哲学家的编号。
20+
* pickLeftFork 和 pickRightFork 表示拿起左边或右边的叉子。
21+
* eat 表示吃面。
22+
* putLeftFork 和 putRightFork 表示放下左边或右边的叉子。
23+
* 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。
24+
25+
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。
26+
27+
示例
28+
29+
```
30+
输入:n = 1
31+
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]]
32+
解释:
33+
n 表示每个哲学家需要进餐的次数。
34+
输出数组描述了叉子的控制和进餐的调用,它的格式如下:
35+
output[i] = [a, b, c] (3个整数)
36+
- a 哲学家编号。
37+
- b 指定叉子:{1 : 左边, 2 : 右边}.
38+
- c 指定行为:{1 : 拿起, 2 : 放下, 3 : 吃面}。
39+
如 [4,2,1] 表示 4 号哲学家拿起了右边的叉子。
40+
```
41+
42+
43+
## 思路:
44+
45+
根据题意: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,意味着哲学家如果想要进食需要同时拿起左右叉子。
46+
47+
我们可以构建一个临界区,每次允许一个哲学家进入这个临界区:拿起左右叉子 + 吃意面 + 放下左右叉子,流程走完之后退出临界区。
48+
49+
**这道题有多种实现方式:**
50+
51+
* 使用 Object 的 `wait/notify/notifyAll` 的消息通知机制
52+
* 使用 Lock 的 Condition 的 `await/signal/signalAll` 的消息通知机制
53+
* 通过 Semaphore(信号量) 实现,关于 AQS 和 Semaphore 原理以及使用注意事项,在之前的文章已经详细分析过了, 如果不了解可以前去查看 「 头条-线程交替打印 ABC 」
54+
* 通过 ReentrantLock 实现
55+
* 通过 CAS 实现
56+
57+
在之前的文章里面已经介绍过前三种,这里只演示
58+
59+
* 通过 ReentrantLock 实现
60+
* 通过 CAS 实现
61+
62+
### CAS 实现
63+
64+
CAS 是项乐观锁技术,当多个线程尝试使用 CAS 同时更新同一个变量时,只有其中一个线程能更新变量的值,而其它线程都失败,失败的线程并不会被挂起,而是被告知这次竞争中失败,并可以再次尝试。
65+
66+
> 乐观锁是一种思想。CAS是这种思想的一种实现方式。
67+
68+
CAS 操作包含三个操作数 —— 内存中的值(V)、预期原值(A)和新值(B)。如果内存中的值与预期原值相匹配,会自动更新内存中的值为新值,否则一直在原地循环等待
69+
70+
71+
```
72+
class DiningPhilosophers {
73+
private final AtomicInteger forks = new AtomicInteger(0);
74+
75+
public DiningPhilosophers() {
76+
77+
}
78+
79+
// call the run() method of any runnable to execute its code
80+
public void wantsToEat(int philosopher,
81+
Runnable pickLeftFork,
82+
Runnable pickRightFork,
83+
Runnable eat,
84+
Runnable putLeftFork,
85+
Runnable putRightFork) throws InterruptedException {
86+
// 取内存的值 0 与 1 进行比较,如果不相等更新内存中的值为 1
87+
// 其他线程进来,因为资源没有释放,内存中的值 == 期待值 == 1 所以在这里一直循环等待释放资源
88+
while (!forks.compareAndSet(0, 1)) Thread.sleep(1);
89+
// 拿起左右叉子
90+
pickLeftFork.run();
91+
pickRightFork.run();
92+
// 吃意面
93+
eat.run();
94+
// 放下左右叉子
95+
putLeftFork.run();
96+
putRightFork.run();
97+
98+
// 流程走完之后通过 CAS 的方式修改内存中的值为 0,让其他线程可以进入临界区
99+
while (!forks.compareAndSet(1, 0)) Thread.sleep(1);
100+
}
101+
}
102+
```
103+
104+
105+
### ReentrantLock 实现
106+
107+
```
108+
class DiningPhilosophers {
109+
private final ReentrantLock forkLock = new ReentrantLock();
110+
111+
public DiningPhilosophers() {
112+
113+
}
114+
115+
// call the run() method of any runnable to execute its code
116+
public void wantsToEat(int philosopher,
117+
Runnable pickLeftFork,
118+
Runnable pickRightFork,
119+
Runnable eat,
120+
Runnable putLeftFork,
121+
Runnable putRightFork) throws InterruptedException {
122+
forkLock.lock(); // 同时只能允许一个哲学家进入临界区
123+
try {
124+
// 拿起左右叉子
125+
pickLeftFork.run();
126+
pickRightFork.run();
127+
// 吃意面
128+
eat.run();
129+
// 放下左右叉子
130+
putLeftFork.run();
131+
putRightFork.run();
132+
} finally {
133+
// 流程走完之后退出临界区
134+
forkLock.unlock();
135+
}
136+
}
137+
}
138+
```
139+
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