# Leetcode 1226. 哲学家进餐

# 题目描述

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）

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。

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。

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。

问题描述和图片来自维基百科 https://en.wikipedia.org/wiki/Dining_philosophers_problem

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) ：

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。

示例：

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
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# 解题思路

本题要求 (题意)：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。

刚开始的话，简单了解到了信号量 Semaphore 的用法，并写了一个感觉不是很切合题意的解决方法（一个一个吃）。

之后又简单学习了 synchronized 的用法 (详见上一篇博客)，并按照 synchronized 的限制思路来写了一个 synchronized 修饰类内方法的解决方法（感觉也不是很符合题意）。

# Semaphore

Semaphore 可以控制同一时间访问资源的线程总数，通过 acquire() 和 release() 来获取和释放信号量从而实现对线程数量的控制。所以我们在解体的时候可以通过限制线程总数为 1 的方法来实现一个一个吃的暴力解决办法。

Semaphore semaphore = new Semaphore(1); -> 限制线程总数为 1（只有一个信号量）

semaphore.acquire(1); -> 获取一个信号量，并将信号量数量 - 1

semaphore.release(1); -> 释放一个信号量，并将信号量数量 + 1

# synchronized

被 synchronized 修饰的代码同一时间只能被一个作用的对象访问， synchronized 修饰的位置不同，相对应的作用对象不同。例如：

synchronized 修饰一个普通方法： -> 作用对象为调用这个方法的对象。

synchronized 修饰一个 static 方法： -> 作用对象为这个类的所有对象。

由于本题中使用的是 DiningPhilosophers 类的同一个对象，所以两种方法均可（不过个人感觉还是 synchronized 修饰一个普通方法）好一些。

# 代码实现

# Semaphore

class DiningPhilosophers {

    public DiningPhilosophers() {

    }

    // 限制线程总数为1（只有一个信号量）
    Semaphore semaphore = 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 {
        // 一个一个吃
        semaphore.acquire(1); // 获取一个信号量，并将信号量数量 - 1
        pickLeftFork.run();
        pickRightFork.run();
        eat.run();
        putLeftFork.run();
        putRightFork.run();
        semaphore.release(1); // 释放一个信号量，并将信号量数量 + 1
    }
}

# synchronized

// 对于 i 号哲学家，需要获取 [i, i%5] 号筷子。但是获取筷子之前需要让synchronized获取到对象
class DiningPhilosophers {

    public DiningPhilosophers() {
    }

    // call the run() method of any runnable to execute its code
    // 由于本题中使用的是DiningPhilosophers类的同一个对象，所以该方法可以是普通方法也可以是static方法
    public synchronized static void wantsToEat(int philosopher,
                           Runnable pickLeftFork,
                           Runnable pickRightFork,
                           Runnable eat,
                           Runnable putLeftFork,
                           Runnable putRightFork) throws InterruptedException {
        pickLeftFork.run();
        pickRightFork.run();
        eat.run();
        putLeftFork.run();
        putRightFork.run();
    }
}