问题描述
哲学家就餐问题（Dining philosophers problem）是在计算机科学中的一个经典问题，用来演示在并发计算中多线程同步（Synchronization）时产生的问题。 哲学家就餐问题可以这样表述：五位哲学家围绕一个圆桌就坐,桌上摆着五 支 筷子。哲学家的状态可能是“思考”或者“饥饿”。如果饥饿,哲学家将拿起他两边的筷子并进餐一段时间。进餐结束,哲学家就会放回筷子。哲学家从来不交谈，这就很危险，会产生每个哲学家都拿着左边的筷子，一直在等右边的筷子的情况。
可以用如下的代码表示这个问题:
import threading import time import random import os import sys import signal class Watcher(): def __init__(self): self.child = os.fork() if self.child == 0: return else: self.watch() def watch(self): try: os.wait() except KeyboardInterrupt: self.kill() sys.exit() def kill(self): try: os.kill(self.child, signal.SIGKILL) except OSError: pass class Philosopher(threading.Thread): def __init__(self, left, right): threading.Thread.__init__(self) self.left = left self.right = right def run(self): while True: # now thinking random time time.sleep(random.random()) # now picking up chopsticks with self.left: with self.right: # now eating print '%s is eating %s' % (threading.currentThread().getName(), time.ctime()) time.sleep(random.random()) if __name__ == '__main__': num = 5 chopsticks = [threading.Lock() for _ in range(num)] philosophers = [Philosopher(chopsticks[(_ - 1) % num], chopsticks[_ % num])for _ in range(num)] Watcher() for p in philosophers: p.start()上面这段代码产生死锁的概率比较小，运行了两个小时还没出现(可见死锁问题调试时难以被发现)。为了让死锁更容易出现我们稍加修改,假设哲学家们拿起左面的筷子后突然忘记了自己要吃饭，沉思一会后，再拿起右面的筷子去吃饭。
with self.left: time.sleep(random.random()) with self.right:Output
Thread-4 is eating Tue Sep 13 13:15:20 2016 Thread-3 is eating Tue Sep 13 13:15:21 2016 ... Thread-3 is eating Tue Sep 13 13:16:15 2016 Thread-2 is eating Tue Sep 13 13:16:15 2016 # block here当一个线程想要使用多把锁时，就需要考虑死锁。 有一种方案是在获取第二把锁的时候设置超时时间，这种方案虽然避免了无尽的死锁,但这并不是一个足够好的方案。首先,这个方案并不能避免死锁――它只是提供了一种从死锁中恢复的手段。其次,这个方案会受到活锁现象的影响――如果所有死锁线程同时超时,它们极有可能再次陷入死锁。虽然死锁没有永远持续下去,但对资源的争夺状况却没有得到任何改善。
下面给出两种避免死锁的方法
固定顺序获取有一个简单的方法可以避开死锁――总是按照一个全局的固定的顺序获取多把锁。
class Philosopher(threading.Thread): def __init__(self, left, right): threading.Thread.__init__(self) if id(left) < id(right): self.first = left self.second = right else: self.first = right self.second = left def run(self): while True: # now thinking random time time.sleep(random.random()) # now picking up chopsticks with self.first: time.sleep(random.random()) with self.second: # now eating print '%s is eating %s' % (threading.currentThread().getName(), time.ctime()) time.sleep(random.random()) 条件变量 class Philosopher(threading.Thread): def __init__(self, con): threading.Thread.__init__(self) self.is_eating = False self.con = con def set_around(self, left, right): self.left = left self.right = right def thinking(self): with self.con: self.is_eating = False self.left.con.notify() self.right.con.notify() time.sleep(random.random()) def eating(self): with self.con: while self.left.is_eating or self.right.is_eating: self.con.wait() self.is_eating = True print '%s is eating %s' % (threading.currentThread().getName(), time.ctime()) time.sleep(random.random()) def run(self): while True: self.thinking() self.eating() if __name__ == '__main__': num = 5 con = threading.Condition() philosophers = [Philosopher(con) for _ in range(num)] for i in range(num): philosophers[i].set_around( philosophers[(i - 1) % num], philosophers[i % num]) Watcher() for p in philosophers: p.start()与之前不同,我们将竞争从对筷子的竞争转换成了对状态的判断:仅当哲学家的左右都没有进餐时,他才可以进餐。