Java中信号量的图书管理员资源分配问题

Question

请帮我解决这个由两部分组成的问题。这是第一部分：

（第 2 部分：我已更新代码，因为 - 要​​求已更改 位。）

我正在尝试用 Java 实现 Librarian 问题。维基百科上的信号量页面给出了信号量的库类比。在第一部分中，我尝试对这个问题进行建模。就我而言，我使用[主题专家]而不是房间作为资源。

假设图书馆有 10 个相同的自习室，一次可供一名学生使用。为避免纠纷，学生如需使用自习室，必须向前台申请房间。当学生使用完一间房间后，学生必须返回柜台并表明一间房间已空闲。如果没有空房间，学生就在柜台等待，直到有人让出房间。

由于房间相同，前台图书管理员不记录哪个房间已被占用，只记录可用房间的数量。当学生请求房间时，图书馆员会减少这个数字。当学生释放房间时，图书管理员会增加该数字。一旦获得房间访问权限，该房间就可以根据需要使用，因此无法提前预订房间。

我在实施中面临的问题是关于学生与主题专家的关联。在下面的场景中你会如何做到这一点？ SubjectMatterExpert 需要做的就是打印学生 ID（目前）。

第 2 部分：新要求：
- 学生、中小企业和书柜的数量是固定的
- 学生一开始就有一定数量的书籍（目前书籍只是数字）
- 中小企业应学生的要求从书柜添加或借出书籍
- 学生指定添加或签出操作、书籍数量和书柜

这是修改（编辑）的学生班级：

package librarysimulation;

public class Student extends Thread {

    String studentId = "";
    Librarian librarian = null;
    int bookCount = 0;

    public Student(String id, Librarian lib, int book) {
        studentId = id;
        librarian = lib;
        bookCount = book;
    }

    @Override
    public void run() {

        System.out.println("Student " + studentId + " is requesting SME...");
        librarian.requestSME();

        try {
            // Do something
            System.out.println("Student " + studentId + " has access to an SME.");
            //How do I ask the SME to add OR checkOut 'x' number of books
            //from a given BookCloset?
        } finally {
            librarian.releaseSME();
        }
    }
}

这是修改（编辑）的图书管理员班级：

package librarysimulation;

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.logging.Level;
import java.util.logging.Logger;

public class Librarian {

    public Semaphore sme;
    public int bookClosetCount = 0;

    public Librarian(int smeCount, int bookCloset) {
        sme = new Semaphore(smeCount, true);
        bookClosetCount = bookCloset;
        //openLibrary(smeCount);
    }

    //Receive SME request from the Student here
    public void requestSME() {
        try {
            sme.acquire();
            //assign student to SME
        } catch (InterruptedException ex) {
            Logger.getLogger(Librarian.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
        }
    }

    //Release SME from the Student here
    public void releaseSME() {
        sme.release();//release SME
    }

    //Set the SME threads active (from constructor)
    //i.e., when the library opens, have the SMEs ready
    public final void openLibrary(int roomCount) {
        for (int i = 0; i < roomCount; i++) {
            SubjectMatterExpert s = new SubjectMatterExpert(String.valueOf(i));
            s.start();
        }
    }
}

这是修改（编辑）的主题专家类：

package librarysimulation;

public class SubjectMatterExpert extends Thread {
    String smeId = "";
    SubjectMatterExpert(String id) {
        smeId = id;
    }

    @Override
    public void run(){

        //Handle Student request
        //Students specify if they are checking out books or returning books
        //Students specify number of books
        //Students specify which closet

        //SME simply executes the method from the Book Closet instance
    }
}

这是修改（编辑）的模拟器类：

package librarysimulation;

public class Simulator extends Thread {

    public static final int STUDENT_COUNT = 50;
    public static final int SME_COUNT = 3;
    public static final int BOOKCLOSET_COUNT = 10;
    public static final int BOOK_PER_STUDENT_COUNT = 10;

    @Override
    public void run() {
        //Instantiate Library//New library with 3 SMEs
        Librarian lib = new Librarian(SME_COUNT, BOOKCLOSET_COUNT);
        //Create students
        int i = 0;
        while (i < STUDENT_COUNT) {
            Student s = new Student(String.valueOf(i), lib, BOOK_PER_STUDENT_COUNT);
            s.start();
            i++;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Simulator s = new Simulator();
        s.start();
    }
}

这是（新的）Book Closet 类：

package librarysimulation;

public class BookCloset {

    int closetId;
    int bookCount = 0;

    public BookCloset(int id, int book) {
        closetId = id;
        bookCount = book;
    }

    public int addBook(int book){
        return bookCount + book;
    }

    public int checkOutBook(int book){
        int finalBookCount = bookCount - book;
        //Change book count iff it makes sense to do so
        if(finalBookCount >= 0)
            bookCount = finalBookCount;
        //If return value is -ve, handle accordingly
        return finalBookCount;
    }
}

Answer 1

在您描述的原始图书管理员问题中，问题并不关心哪个学生在哪个房间，因此使用一个简单的线程安全计数器（即信号量）来实现对资源的控制。根据问题的描述，仍然需要更改您的实现。一种方法是图书馆员类上的 2 个方法，一种用于请求 SME，另一种用于返回它。

class Librarian {
    Semaphore sme = new Semaphore(NUMBER_OF_SMES);

    void requestSme() throws InterruptedException {
        sme.acquire();
    }

    void releaseSme() {
        sme.release();
    }
}

 class Student {
     Librarian librarian;

     public void run() {

         libarian.requestSme();
         try {
             // Do something
         finally {
             librarian.releaseSme();
         }
     }
}

但是，如果您确实需要知道哪个学生正在与哪个 SME 合作，那么您需要不同的构造来管理资源，信号量不再足够。队列就是一个例子。

class Librarian {
    BlockingQueue<SubjectMatterExpert> q = 
        new ArrayBlockingQueue<SubjectMatterExpert>(NUMBER_OF_SMES);

    public Librarian() {
        for (int i = 0; i < NUMBER_OF_SMES; i++)
            q.put(new SubjectMatterExpert(String.valueOf(i));
    } 

    SubjectMatterExport requestSme() throws InterruptedException {
        q.take();
    }

    void releaseSme(SubjectMatterExpert toRelease) {
        q.put(toRelease);
    }
}

 class Student {
     Librarian librarian;

     public void run() {

         SubjectMatterExpert sme = libarian.requestSme();
         try {
             System.out.println("Student: " + this + ", SME: " sme);
         finally {
             if (sme != null)
                 librarian.releaseSme(sme);
         }
     }
}

Answer 2

让 SME 作为线程在 while 循环中运行是有意义的。查看下面的一些起始代码。此外，您需要在模拟开始时初始化书柜。我不知道你正在采取的整个方法。

package librarysimulation;

public class SubjectMatterExpert extends Thread {
    String smeId = "";
    SubjectMatterExpert(String id) {
        smeId = id;
    }

    @Override
    public void run(){

        while(true){
        //acquire a student (semaphor)
        //acquire a lock (semaphor(1))
             //critical region - 
             //Handle Student request
             //Students specify if they are checking out books or returning books
             //Students specify number of books
             //Students specify which closet
        //release yourself (semaphor - define in library)
        //release lock (semaphor(1)) 

        }
        //SME simply executes the method from the Book Closet instance
    }
}

实施并与论坛中的其他人仔细检查。我是新来的。不过，更有经验的声音可能有更好的发言权。希望这最终能有所帮助（=不会造成伤害）。