经典并发问题: 大型理发店

二月二理发店太火了，家家都爆满，这次我们来到Hilzer的理发店，这是一家比较大的理发店。

这家理发店有三位有经验的理发师，每个理发师都有自己独立的理发椅。等待区有一个四座的沙发，等待区还有站一些人等待。还有一个收银台。

依照新冠疫情防控的要求，最多允许20个顾客进入。
如果有顾客，理发师优先从沙发上叫起等待最久的顾客开始理发；如果没有顾客，理发师则在自己的理发椅上睡觉
顾客来到后
- 如果已经有20个顾客，则此顾客离开去其它理发店
- 如果理发师在睡觉，则叫起一位理发师开始理发
- 如果没有空闲的理发师，则选择沙发坐下
- 如果沙发已经坐满，则在休息去站着等待
理完发后顾客去收银台去缴费，交完费后理发师把发票交给顾客。顾客就离开，而理发师则准备服务下一位顾客

这一次理发店的问题比上一个理发店问题要复杂很多:

等待区分为了站立区和沙发区
新增加了收银台，理发师和顾客需要付款和发票的相互等待
三位理发师

这类问题使用信号量并发原语比较好，因为理发师、沙发等都是一定数量的资源。理发师和顾客之间缴费和发票之间的同步按理说使用channel比较合适，但是收银台只有一位收银员，还需要处理理发师、顾客和收银员之间的并发，所以我们可以把收银、开发票看成计数器是1的资源。

首先我们还是定义信号量和辅助方法:

// Semaphore定义
type Semaphore chan struct{}
func (s Semaphore) Acquire() {
	s <- struct{}{}
}
func (s Semaphore) Release() {
	<-s
}
func randomPause(max int) {
	time.Sleep(time.Millisecond * time.Duration(rand.Intn(max)))
}

接下来我们定义所需的并发原语。

我们使用customerMutex这个排他锁来控制理发店的顾客数量。
使用sofaSema控制站立用户坐到沙发上以及理发师叫起等待的顾客。

paySema用来让顾客去缴费，而receiptSema让理发师把发票送给顾客，顾客离开。

// 顾客
var (
	// 控制顾客的总数
	customerMutex    sync.Mutex
	customerMaxCount = 20
	customerCount    = 0
	// 沙发的容量
	sofaSema Semaphore = make(chan struct{}, 4)
)
// 理发师
var (
	// 三位理发师
	barberSema Semaphore = make(chan struct{}, 3)
)
// 收银台
var (
	// 同时只有一对理发师和顾客结账
	paySema Semaphore = make(chan struct{}, 1)
	// 顾客拿到发票才会离开，控制开票
	receiptSema Semaphore = make(chan struct{}, 1)
)

接下来我们实现理发师的逻辑:

// 理发师工作
func barber(name string) {
	for {
		// 等待一个用户
		log.Println(name + "老师尝试请求一个顾客")
		sofaSema.Release() // 等待沙发上等待最久的一位顾客
		log.Println(name + "老师找到一位顾客，开始理发")
		randomPause(2000)
		log.Println(name + "老师理完发，等待顾客付款")
		paySema.Acquire() // 等待用户缴费
		log.Println(name + "老师给付完款的顾客发票")
		receiptSema.Release() // 通知顾客发票开好
		log.Println(name + "老师服务完一位顾客")
	}
}

接下来实现顾客的逻辑, 注意customerCount操作需要使用Mutex保护:

// 模拟顾客陆陆续续的过来
func customers() {
	for {
		randomPause(500)
		go customer()
	}
}
// 顾客
func customer() {
	customerMutex.Lock()
	if customerCount == customerMaxCount {
		log.Println("没有空闲座位了，一位顾客离开了")
		customerMutex.Unlock()
		return
	}
	customerCount++
	customerMutex.Unlock()
	log.Println("一位顾客开始等沙发坐下")
	sofaSema.Acquire()
	log.Println("一位顾客找到空闲沙发坐下,直到被理发师叫起理发")
	paySema.Release()
	log.Println("一位顾客已付完钱")
	receiptSema.Acquire()
	log.Println("一位顾客拿到发票，离开")
	customerMutex.Lock()
	customerCount--
	customerMutex.Unlock()
}

最后把所有的逻辑串起来：


func main() {
	// 托尼、凯文、艾伦理发师三巨头
	go barber("Tony")
	go barber("Kevin")
	go barber("Allen")
	go customers()
	sigs := make(chan os.Signal, 1)
	signal.Notify(sigs, syscall.SIGINT, syscall.SIGTERM)
	<-sigs
}