面试题：并发与同步下哲学家问题的公平性改进

Question

传统的哲学家问题解决方案可能存在某些哲学家饥饿的情况，假设已经有一个基于信号量的解决方案，描述如何改进该方案以确保每个哲学家都能公平地获得用餐机会，并且说明改进方案对系统性能和并发控制的影响。

Answer 1

改进方案

1. 引入公平调度机制：可以使用队列来记录哲学家的等待顺序。每个哲学家在尝试获取筷子（信号量）之前，先将自己加入到队列中。当有筷子可用时，从队列头部取出哲学家，允许其获取筷子用餐。
2. 时间戳机制：为每个哲学家分配一个时间戳，记录其上次用餐的时间。当哲学家尝试获取筷子时，比较所有等待哲学家的时间戳，优先让等待时间最长的哲学家获取筷子。

对系统性能的影响

1. 优点：公平调度机制能确保每个哲学家最终都能用餐，避免饥饿现象，从长期来看提高了系统的稳定性和可靠性。
2. 缺点：引入队列或时间戳管理会增加一定的系统开销。每次操作都需要对队列进行插入、删除操作，或对时间戳进行比较，这会消耗一定的CPU时间，在高并发场景下可能会略微降低系统的整体吞吐量。

对并发控制的影响

1. 优点：改进方案增强了并发控制的公平性。通过排队或时间戳机制，明确了哲学家获取资源（筷子）的先后顺序，减少了资源竞争中的不确定性，使并发控制更加有序。
2. 缺点：由于增加了调度逻辑，并发控制的复杂性有所提高。在实现过程中需要更加小心地处理队列操作或时间戳更新的原子性，以避免出现竞态条件等并发问题。