摘要：序面包店算法是解決多個線程并發訪問一個共享的單用戶資源的互斥問題的算法。面包店一次只能接待一位顧客的采購。已知有位顧客要進入面包店采購，按照次序安排他們在前臺登記一個簽到號碼。顧客根據簽到號碼的由小到大的順序依次入店購貨。

Lamport面包店算法是解決多個線程并發訪問一個共享的單用戶資源的互斥問題的算法。由萊斯利·蘭波特發明。

Lamport把這個并發控制算法非常直觀地類比為顧客去面包店采購。

面包店一次只能接待一位顧客的采購。

已知有n位顧客要進入面包店采購，按照次序安排他們在前臺登記一個簽到號碼。該簽到號碼逐次增加1。

顧客根據簽到號碼的由小到大的順序依次入店購貨。

完成購買的顧客在前臺把其簽到號碼歸0。如果完成購買的顧客要再次進店購買，就必須重新排隊。

這個類比中的顧客就相當于線程，而入店購貨就是進入臨界區獨占訪問該共享資源。由于計算機實現的特點，存在兩個線程獲得相同的簽到號碼的情況，這是因為兩個線程幾乎同時申請排隊的簽到號碼，讀取已經發出去的簽到號碼情況，這兩個線程讀到的數據是完全一樣的，然后各自在讀到的數據上找到最大值，再加1作為自己的排隊簽到號碼。

為此，該算法規定如果兩個線程的排隊簽到號碼相等，則線程id號較小的具有優先權。

Lamport時間戳原理如下：

每個事件對應一個Lamport時間戳，初始值為0

如果事件在節點內發生，時間戳加1

如果事件屬于發送事件，時間戳加1并在消息中帶上該時間戳

如果事件屬于接收事件，時間戳 = Max(本地時間戳，消息中的時間戳) + 1

為了請求資源，進程A發送消息(Tm:A)給所有的其他進程，并且把這個消息放到進程隊列中，Tm是消息的時間戳

當進程B接收到了進程A的(Tm:A)請求后，會把它放到自己的請求隊列，然后發送一個帶時間戳的確認消息給A

為了釋放資源，進程A移除所有(Tm:A)的請求消息，然后發送帶時間戳的A釋放資源請求消息給其他所有的進程

當進程B接收到進程A釋放資源的請求，它會移除隊列中任意的(Tm:A)的資源請求

當滿足以下兩個條件時，進程A會被分配該資源：

a)有一個(Tm:A)的請求，按照=>關系排在隊列第一位；

b)A接收到了一個時間戳大于Tm的來自所有其他進程的消息

private void processRevcMsg(Message m) throws InterruptedException {
        // 原理4 如果事件屬于接收事件，時間戳 = Max(本地時間戳，消息中的時間戳) + 1
        clock.update(m.getTimestamp());
        lastSendMap.put(m.getFrom(), m);
        switch (m.getMsgType()) {
            case REQUEST_RES:
                // rule 2 當進程B接收到了進程A的(Tm:A)請求后，會把它放到自己的請求隊列，然后發送一個帶時間戳的確認消息給A
                addMessageToReqMap(m);
                Message ackMsg = new Message(pid, m.getMsgId(), MessageType.REQUEST_ACK, clock.time());
                // send ack to sender
                sendToTargetProcess(ackMsg,m.getFrom());
                break;
            case REQUEST_ACK:
                break;
            case RELEASE_RES:
                // rule 4 當進程B接收到進程A釋放資源的請求，它會移除隊列中任意的(Tm:A)的資源請求
                dropMessageFromReqMap(m);
                break;
            default:
                break;
        }
        tryToAcquireResource();
    }

    private void tryToAcquireResource() {
        synchronized (reqMap) {
            if(!reqMap.containsKey(pid) || reqMap.get(pid).isEmpty()){
                return ;
            }

            Message myMessage = reqMap.get(pid).get(0);
            int acceptCount = 1;

            // rule 5 當滿足以下兩個條件時，進程A會被分配該資源：a)有一個(Tm:A)的請求，按照=>關系排在隊列第一位；b)A接收到了一個時間戳大于Tm的來自所有其他進程的消息

            // condition (ii) of rule 5
            // A接收到了一個來自所有其他進程的消息,而且時間戳大于Tm
            for (Map.Entry entry : lastSendMap.entrySet()) {
                if (entry.getKey() == pid) {
                    continue;
                }
                if (isFirstEarlier(myMessage, entry.getValue())) {
                    acceptCount++;
                }else{
                    return ;
                }
            }
            if (!coordinator.hasAcceptedAll(acceptCount)){
                return;
            }

            // condition (i) of rule 5
            // 有一個Tm:A的請求，按照=>關系排在隊列第一位
            for (Map.Entry> entry : reqMap.entrySet()) {
                if (entry.getKey() != pid && !entry.getValue().isEmpty()) {
                    if (!isFirstEarlier(myMessage, entry.getValue().get(0))) {
                        return;
                    }
                }
            }

            // remove this request message
            final Message firstMsg = reqMap.get(pid).remove(0);
            workingPool.execute(new Runnable() {
                public void run() {
                    coordinator.acquire(firstMsg.getMsgId(), pid, firstMsg.getTimestamp());
                    // emulate owning resources for a long time
                    try {
                        Thread.sleep(50L);
                        // rule 3 為了釋放資源，進程A移除所有(Tm:A)的請求消息，然后發送帶時間戳的A釋放資源請求消息給其他所有的進程程
                        coordinator.release(firstMsg.getMsgId(), pid, firstMsg.getTimestamp());
                        Message releaseMsg = new Message(pid, firstMsg.getMsgId(),MessageType.RELEASE_RES, clock.time());
                        sendToOtherProcesses(releaseMsg);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                }
            });
        }
    }

Lamport面包店算法

分布式系統理論基礎 - 時間、時鐘和事件順序

分布式系統時序基礎

lamport