OO--第二单元--电梯调度

OO--第二单元--电梯调度

第一次作业

目标：设计单部可稍带电梯

设计模式：生产者-消费者模式

算法：SSTF （选择最近的请求作为主请求，途中判断同方向捎带）

Controller：调度器，保存请求队列

```
private final CopyOnWriteArrayList<Customer> waitQueue;//请求队列
private boolean stop = false; // 停止标记
​
public synchronized void addCustomer(Customer customer);// 加入顾客
public synchronized Customer getMainCustomer(int currentFloor);// 获取主请求
public synchronized int getOne(int direction, int currentFloor);// 获取捎带请求，每次返回一个请求
public synchronized boolean outOne(int currentFloor, boolean hasOpen);// 
private void printIn(Customer one, int currentFloor);
private void printOpen(int currentFloor);
private void printOut(Customer one, int currentFloor);
```

Elevator：电梯类，向调度器获取请求。在电梯类中只保留电梯操作：开关门、变换楼层

private static long TIME_MOVE = 400;
private static long TIME_DOOR = 200;
private int currentFloor;
private int goalFloor;
private Controller controller;
private int direction = 0; // >0 向上 <0 向下
private Customer mainCustomer;
​
public Elevator(Controller controller);
public void run();
private void goUp();
private void goDown();
private void open();
private void firstopen();
private void close();

Customer：乘客类，向调度器投放请求。

private int id;
private int from;
private int to;
private int direction;
private int status = 0; // 0表示在外，1表示在电梯里面
/* status设置目的：由于第一次作业中我将乘客的进出全部放到调度器中，所以需要在判断乘客是否在电梯中从而判断进出电梯操作 */
​
public Customer(int id, int from, int to);
public int getID();
public int getFrom();
public int getTo();
public int getDirection();
public int getStatus();
public void setStatus(int status);

Request：抽象到请求对象，对上面讲解的status进行设置

private int from;
private int to;
private int direction;
​
public Request(int from, int to, int direction);
public boolean addRequest(Customer one, int currentFloor);

Method	ev(G)	iv(G)	v(G)
Controller.Controller()	1	1	1
Controller.addCustomer(Customer)	2	2	2
Controller.getMainCustomer(int)	3	5	6
Controller.getOne(int,int)	1	4	4
Controller.getThisFloorMain(int)	3	4	4
Controller.isStop()	1	1	1
Controller.iswaitQueueEmpty()	1	1	1
Controller.outOne(int,boolean)	5	6	7
Controller.printIn(Customer,int)	1	1	1
Controller.printOpen(int)	1	1	1
Controller.printOut(Customer,int)	1	1	1
Customer.Customer(int,int,int)	1	1	1
Customer.getDirection()	1	1	1
Customer.getFrom()	1	1	1
Customer.getID()	1	1	1
Customer.getStatus()	1	1	1
Customer.getTo()	1	1	1
Customer.setStatus(int)	1	1	1
Elevator.Elevator(Controller)	1	1	1
Elevator.close()	1	2	2
Elevator.firstopen()	1	2	2
Elevator.goDown()	1	2	2
Elevator.goUp()	1	2	2
Elevator.open()	1	3	9
Elevator.run()	3	9	10
Input.Input(Controller)	1	1	1
Input.run()	3	4	4
MainClass.main(String[])	1	1	1
Request.Request(int,int,int)	1	1	1
Request.addRequest(Customer,int)	1	8	8
Request.getTo()	1	1	1
Class	OCavg	WMC
Controller	2.36	26
Customer	1	7
Elevator	2.71	19
Input	2	4
MainClass	1	1
Request	2.33	7

各方法复杂度都较低，由于调度器对人员进出进行控制，存在可扩展性较弱问题。

时序图

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bug分析

未发现bug

第二次作业

目标：设计多部可稍带电梯

新增需求：1.电梯增加为多部 2.电梯人数限制 3.增加负层

设计模式：生产者-消费者模式

算法：SSTF

迭代：增加电梯线程数量即可，设计为电梯自由竞争请求，满足条件就向调度器申请请求。对前面设计进行简单修改，将乘客进出放入电梯中。调度器（非线程类）开启n个电梯线程。

电梯内增加人数限制，在取请求时判断是否可以加入。

增加负层：在1层、-1层增加特判。

Method	ev(G)	iv(G)	v(G)
Controller.Controller()	1	1	1
Controller.addCustomer(Customer)	2	2	2
Controller.getMainCustomer(int)	3	5	6
Controller.getOne(int,int,int)	4	4	5
Controller.isStop()	1	1	1
Controller.iswaitQueueEmpty()	1	1	1
Customer.Customer(int,int,int)	1	1	1
Customer.getDirection()	2	1	2
Customer.getFrom()	1	1	1
Customer.getID()	1	1	1
Customer.getStatus()	1	1	1
Customer.getTo()	1	1	1
Customer.setStatus(int)	1	1	1
Elevator.Elevator(Controller,String)	1	1	1
Elevator.close()	1	2	2
Elevator.firstopen()	1	3	4
Elevator.goDown()	1	2	3
Elevator.goUp()	1	2	3
Elevator.isEmpty()	1	1	1
Elevator.open()	1	7	9
Elevator.outOne()	3	3	3
Elevator.printIn(Customer)	1	1	1
Elevator.printOpen()	1	1	1
Elevator.printOut(Customer)	1	1	1
Elevator.resetGoalFloor()	1	6	6
Elevator.run()	3	10	11
Input.Input(Controller)	1	1	1
Input.run()	3	5	5
MainClass.main(String[])	1	1	1
Request.Request(int,int,int)	1	1	1
Request.addRequest(Customer,int)	1	8	8
Request.getDirection()	1	1	1
Request.getTo()	1	1	1
Class	OCavg	WMC
Controller	2.33	14
Customer	1.14	8
Elevator	2.62	34
Input	2.5	5
MainClass	1	1
Request	2	8

除了Elevator.run()复杂度较高，其余方法较为简洁。

时序图

bug分析：

强测未发现bug，但是在互测中发现比较严重的bug。我在电梯人数限制方面有错误，限制7人，但是我的电梯却因为firstopen方法忘记对人数增加，导致第8个人可以进入。

在互测中也发现同屋其它同学bug，我采取了纯随机方式进行手工测试，但是也取得了不错的效果。（可能因为性能分较低，同屋的小伙伴层次都差不多吧,,ԾㅂԾ,,）

第三次作业

目标：设计多部可稍带电梯

新增：1.电梯到达楼层限制，支持换乘机制 2.动态增加电梯线程，且电梯分为ABC三种

设计模式：Worker-Thread模式

算法：Look算法

迭代：与小伙伴交流后认为look算法不易出“饿死”情况，性能更优，决定更改算法。由于更改算法，我对我的调度器与电梯类的调度算法进行了修改；将请求切割成两份，在乘客类记录换乘信息，电梯类每次取请求直接取直达请求，并对是否需要换乘、是否进行了换乘进行标记。

Controller

private final CopyOnWriteArrayList<Customer> waitQueue;
private CopyOnWriteArrayList<Elevator> elevatorPool; // 电梯线程池
private CopyOnWriteArrayList<Customer> exchangeQueue; // 换乘的请求
private CopyOnWriteArrayList<Customer> exchanging;// 正在换乘的乘客
private boolean stop = false;
​
public Controller();
public boolean isStop();
public boolean isEmpty();
public void start();// 开启最初的三个电梯线程
public synchronized void addCustomer(Customer customer);
public synchronized void addElevator(Elevator elevator);// 新增
public synchronized int getDirection(int currentFloor, int[] ableFloor);// 新增 判断look算法电梯运行的方向
public synchronized Customer getOne(int[] ableFloor, int direction, int currentFloor,int peopleInNum, int capacity);
public synchronized void addExchange(Customer customer);// 新增 前半段结束后放入换乘队列
public synchronized void addExchanging(Customer customer);// 新增 正在换乘的队列
public synchronized void removeExchanging(Customer customer);// 新增
public synchronized boolean hasPassenger(int[] ableFloor, int currentFloor,int direction);// 新增 电梯里面空后判断在同方向是否还有可捎带对象
public boolean scanFloor(int floor, int[] ableFloor);// 新增 寻找是否在可以到达的楼层中

Customer

private int id;
private int goalFrom;
private int goalTo;
private int exchangeFloor;
private int direction;
private boolean exchange = false;
private boolean haveExchanged = false;
​
public Customer(int id, int goalFrom, int goalTo);
private void needExchange();// 新增 电梯换乘记录
// 其余getter & setter算法未展开

Method	ev(G)	iv(G)	v(G)
Controller.Controller()	1	1	1
Controller.addCustomer(Customer)	2	2	2
Controller.addElevator(Elevator)	1	1	1
Controller.addExchange(Customer)	1	1	1
Controller.addExchanging(Customer)	1	1	1
Controller.getDirection(int,int[])	6	15	16
Controller.getOne(int[],int,int,int,int)	8	12	13
Controller.hasPassenger(int[],int,int)	1	20	26
Controller.isEmpty()	1	3	3
Controller.isStop()	1	1	1
Controller.isexchangeQueueEmpty()	1	1	1
Controller.isexchanging()	1	1	1
Controller.iswaitQueueEmpty()	1	1	1
Controller.removeExchanging(Customer)	1	1	1
Controller.scanFloor(int,int[])	3	1	3
Controller.start()	1	2	2
Customer.Customer(int,int,int)	1	1	2
Customer.getDirection()	3	1	5
Customer.getExchangeFloor()	1	1	1
Customer.getGoalFrom()	1	1	1
Customer.getGoalTo()	1	1	3
Customer.getId()	1	1	1
Customer.isExchange()	1	1	1
Customer.isHaveExchanged()	1	1	1
Customer.needExchange()	1	1	33
Customer.setHaveExchanged(boolean)	1	1	1
Elevator.Elevator(Controller,String,String)	2	2	5
Elevator.close()	1	2	2
Elevator.firstOpen()	2	7	9
Elevator.goDown()	1	2	3
Elevator.goUp()	1	2	3
Elevator.isEmpty()	1	1	1
Elevator.open()	1	11	13
Elevator.outOne()	3	3	3
Elevator.printIn(Customer)	1	1	1
Elevator.printOpen()	1	1	1
Elevator.printOut(Customer)	1	1	1
Elevator.run()	6	17	19
Input.Input(Controller)	1	1	1
Input.run()	3	6	6
MainClass.main(String[])	1	1	1
SafeOurPut.println(String)	1	1	1
Class	OCavg	WMC
Controller	3.31	53
Customer	2.9	29
Elevator	3.75	45
Input	3	6
MainClass	1	1
SafeOurPut	1	1

由分析可见：我本次作业中Controller.getDirection(int,int[])、Controller.getOne(int[],int,int,int,int)、Controller.hasPassenger(int[],int,int)负责度较高，因为这几个方法不仅遍历了请求队列，而且每次都需判断楼层，导致复杂度较高。

1.分析换乘策略，可以发现楼层特点，分为电梯运行方向进行分析。可以直达则不标记换乘位，如过不可直达怎在1层或15层换乘。其中可以发现3层比较特殊，会发生折返情况。分别在1层和5层发生换乘。

2.look算法：放弃主请求思想，改为电梯状态即电梯运行方向分析。

当方向为0即暂停，则寻找下一请求，若请求进入楼层高于当前楼层，则向上；若低于，则向下；若恰好相等，则以该请求运行方向作为电梯运行状态方向。

当方向为1或-1即向上或向下，如若电梯内的等待队列不空，则继续执行；若已经空了，但同方向还有可能捎带请求，继续保持原方向；若已经没有请求，则设置方向为0，进行上面一步的判断。

3.解决cpu超时问题：本次作业需要注意，仅仅判断请求队列是否为空、是否还有换乘正在进行，还需要注意在队列不为空的时候，由于电梯到达楼层有限，很多电梯也无法获取请求，处于空转状态。所以每次需要判断是否本电梯可稍带，调用wait()。

时序图

bug分析

本次作业可以说是我最难过的一次，强测有6个点因为换乘策略有一种情况不对，导致出现线程无法结束的情况。可以说非常不应该，我对此也难过了很久（不得不承认我是个脆弱的女孩子/(ㄒoㄒ~)/）其余通过的点的性能分基本满了....（不过又有什么用呢/(ㄒoㄒ)/）

互测本姑娘一直采取人不犯我，我不犯人的策略，但是这次是对方在最后2小时对我出击，导致我一直以为自己并没有被hack。因此并没有对他人回刀。唉....不提了....睡了睡了.....(～﹃～)~zZ

SOLID分析

SRP：本次作业每个类都有明确的职责，乘客类决定换乘、电梯线程进行请求的处理、调度器进行接受请求和提供合理请求、输入线程向调度器输入请求

OCP：除调度器和电梯外其它类很好满足了开闭原则。但是三次作业的迭代开发可见，调度器和电梯每次增加新功能，都要进入电梯和调度器进行open改动。

LSP：由于本次作业我并没有设计除线程继承以外的继承关系，所以符合LSP规则，未对父类进行引用

ISP：未设计接口，程序可扩展性还是较差。改进方案可以是每一类电梯单独享有一个调度器，继承自主调度器。如此每新增一种电梯类型，并无需对主调度器进行open

DIP：未设计抽象类。

扩展性分析

通过上文分析可见，我是一个功利girl。本次作业更多的是以完成为目标，但是忽略了很多课上讲到的设计模式原则。在大工程方面达不到很好的扩展性。

改进方案

每一类电梯单独享有一个调度器，继承自主调度器。如此每新增一种电梯类型，并无需对主调度器进行open，直接增加调度器类型。

为电梯做一个接口，每类电梯都继承自这个Elevator接口。定义电梯的上升下降、开关门以及乘客进出。

为乘客做一个抽象类，乘客可分为换乘与不换乘，以及可能存在的愿意走楼梯的类型。

心得体会

这三次作业对我来讲最痛苦的莫过于第一次作业，反复出现死锁，对多线程理解困难。但是突破这个瓶颈后，这三次作业就不难向下推进。但是令我最心痛的是第三次作业，错的实在是不应该，还是太过相信中测，以后过了中测也要多测试。

在完成作业的过程中，我并没有很好的注意到可扩展性的设计。为了便于完成，我还是采取了“面向完成”的设计方法，用了比较直白的面向对象思想。但是完成后再进行反思，可以看到还有很多值得改进的地方。

不要太相信中测！不要太相信中测！不要太相信中测！

最后，愿OO温柔以待~~~❤