进程同步中的 Dekker 算法

在并发编程中，进程同步问题是一个非常重要的问题。一个典型的例子是多个进程或线程同时访问共享资源，导致数据不一致，进而产生意想不到的结果。Dekker 算法就是解决这种问题的一种算法。

算法原理

Dekker 算法是一种轻量级的算法，它使用一个布尔型数组 flag 来表示每个进程的状态。在 Dekker 算法中，每个进程对应一个 flag 数组元素，初始值为 false。

接下来，每个进程都会尝试成为“临界区的拥有者”。为此，它会从头到尾扫描所有的进程，并获取操作权限。在这个过程中，进程会将自己的 flag 设置为 true，并检查其他进程的 flag。如果其他进程的 flag 为 true，则当前进程会等待。如果没有其他进程的 flag 为 true，则当前进程就可以进入临界区并执行操作。

需要注意的是，如果两个进程同时将自己的 flag 设置为 true，就会产生死锁。为了避免这种情况，Dekker 算法中会使用一个 turn 变量，记录当前轮到哪个进程运行。

具体来说，每个进程在申请进入临界区之前，都会将自己的 turn 设置为对方，意味着这个进程已经“将机会让给了对方”。然后，它会扫描所有进程，尝试获取操作权限。如果它的 flag 是 true，且当前轮到它运行，那么当前进程就可以进入临界区并执行操作。否则，当前进程就会等待，直到自己成为下一个轮到的进程。

算法实现

下面是一个基于 Dekker 算法的 Java 代码实现：

class Dekker {
    private boolean[] flag = new boolean[2];
    private int turn = 0;

    public void lock(int id) {
        int otherId = 1 - id;
        flag[id] = true;
        while (flag[otherId]) {
            if (turn != id) {
                flag[id] = false;
                while (turn != id) { /* wait */}
                flag[id] = true;
            }
        }
    }

    public void unlock(int id) {
        turn = 1 - id;
        flag[id] = false;
    }
}

在这个实现中，我们使用了一个长度为 2 的 flag 数组和一个 turn 变量。每个进程通过调用 lock 方法来申请进入临界区，并通过调用 unlock 方法来释放资源。

算法分析

Dekker 算法是一种经典的进程同步算法，其最重要的特点是可以实现两个进程的互斥访问。但是，由于 Dekker 算法在过程中需要不断交替扫描，因此其效率较低。此外，在多核情况下，Dekker 算法还可能出现 CPU 缓存一致性问题。因此，除非特殊要求，一般不建议使用 Dekker 算法。