面试题：并发与同步在哲学家问题拓展场景中的应用

管程结构设计
- 数据结构：
  - int count = 0;：用于记录当前正在用餐的哲学家数量。
  - int[] state = new int[5];：用于记录每个哲学家的状态，0表示思考，1表示饥饿，2表示用餐。
  - Condition[] self = new Condition[5];：每个哲学家对应的条件变量，用于等待获取餐具。
  - int thinkCount[] = new int[5];：记录每个哲学家思考的次数，初始值为0。
- 管程函数：
  - void take_forks(int i)：哲学家i尝试拿起叉子开始用餐。
  - void put_forks(int i)：哲学家i放下叉子结束用餐。
  - void test(int i)：检查哲学家i是否可以用餐。
各个函数功能
- take_forks(int i)函数：
  - 功能：哲学家i尝试获取叉子开始用餐。
  - 实现：

public void take_forks(int i) {
    enterMonitor();
    state[i] = 1; // 设置为饥饿状态
    test(i);
    if (state[i] != 2) {
        self[i].await(); // 如果不能用餐，等待
    }
    leaveMonitor();
}

- **`put_forks(int i)`函数**：
  - 功能：哲学家i放下叉子结束用餐，并检查相邻哲学家是否可以用餐。
  - 实现：

public void put_forks(int i) {
    enterMonitor();
    state[i] = 0; // 设置为思考状态
    thinkCount[i]++;
    if (thinkCount[i] % 3 == 0) {
        // 每用餐3次，进行长时间思考
        long thinkTime = 10 * getEatTime(); // 假设getEatTime()获取用餐时间
        Thread.sleep(thinkTime);
    }
    count--;
    test((i + 4) % 5); // 检查左边哲学家
    test((i + 1) % 5); // 检查右边哲学家
    leaveMonitor();
}

- **`test(int i)`函数**：
  - 功能：检查哲学家i是否可以用餐，即其左右邻居都不在用餐且用餐人数未超过一半。
  - 实现：

public void test(int i) {
    if (state[(i + 4) % 5] != 2 && state[(i + 1) % 5] != 2 && count < 5 / 2) {
        state[i] = 2; // 可以用餐，设置为用餐状态
        count++;
        self[i].signal(); // 唤醒等待的哲学家
    }
}

满足新约束条件
- 用餐次数与长时间思考：通过thinkCount数组记录每个哲学家的用餐次数，每次调用put_forks函数时检查thinkCount[i] % 3 == 0，如果满足则进行长时间思考。
- 用餐人数限制：在test函数中，增加count < 5 / 2的条件判断，只有当当前用餐人数未超过一半时，哲学家才可以获取叉子开始用餐，从而保证整个系统中任何时刻用餐的哲学家数量不能超过一半。

以上是以Java语言示例的基于管程的解决方案，不同语言实现管程的具体语法会有所不同，但核心思路一致。

面试题：并发与同步在哲学家问题拓展场景中的应用

知识考点

面试题答案