多线程电梯调度——OO Unit 2

1.程序架构

1.1 作业一：单部ALS电梯

第一周的作业虽说是要求多线程，但是也只是生产者多线程，也就是多个InputThread线程不断向调度器中投入Passenger，（但电梯只有一个）在执行的过程中，需要给共享对象，也就是调度器加锁，防止线程不安全出错。我使用的是简单的synchronized + notifyAll() 的方式，由于InputThread只需要放Passenger，放完就结束进程；而电梯取Passenger更加复杂，需要判断上下行，是否开门，楼层问题，因此我将调度交给了电梯的run方法。

我使用的算法是SSTF，具体而言，run方法结构如下：

while (true) {
            while (mainrequest != location) {
                if (mainrequest > location) { // up
                    ......
                    }
                } else { // down
                    ......
                }
                //a turn ends
            }
            while (mainrequest == location) { 
                Passenger finded = null;
                synchronized (controller) {
                    while (finded == null) {
                        if (controller.getWaitqueue().size() == 0) {
                            if (inputover && passrequest.size() == 0) {
                                end = true;
                                break;
                            }
                            try {
                                controller.wait();
                            } catch (InterruptedException e) {
                                ;
                            }

                        }
                        finded = controller.findNew(location);
                    }
                    controller.notifyAll();
                }
                if (end) {
                    break;
                }
                mainrequest = finded.getFrom(); // fetch
                if (mainrequest > location) { // up to fetch
                    ......
                }
                else { //down to fetch
                    ......
                }
                this.setOpenning(); //open
                this.getIn(finded);
                try {
                    Thread.sleep(400);//wait(400);
                } catch (InterruptedException e) { ; }
                this.setOpenning(); //close
            }
            if (end) {
                break;
            }

基本的思想是，当主请求和当前位置不等时，移动到主请求位置，并在每一层将合适的人拉近电梯，若新来者主请求更近，则更换主请求至稍带请求；当主请求和当前请求相等时，放出要下的乘客，更换主请求，若此时满足结束条件，则结束电梯线程。
类图如下：

1.2 第二周：多部电梯

这周的作业要求能实现多部电梯，并且每部电梯有了编号，载客人数的限制。总体来多，迭代开发难度不大，下面简述以下主要改变内容。

首先Elevator需要增加capasity成员以及isFull()方法，只有未满时才可以加入Passenger；其次，在Main里面构造一个电梯线程类的数组，循环产生制定数目和ID的电梯线程。此外，还需要增加楼层，以及特殊处理负层的输入输出（没有0楼），下面附上类图：

1.3 第三周：多类型电梯

这周的一个拓展重点是增加了电梯的类型，不同类型电梯具有不同capasity，同时可停靠楼层也各有差异，根据A、B、C三类共有的1、15层，我们可以规定，让韦恩图中跨圈的起始站在邻近的共有层中转，即一开始就确定中专方案，并且在Passenger中增加needTrans成员，以此在下电梯时判断是否需要再次进入电梯，如果需要，就利用InpurThread再次投入waitqueue，并将needTrans设为false。下图中，黄色位A型，红色为B型，蓝色为C型。

代码实现上我设置了六个数组：

    private static final int[] stopA = new int[] {-2, -1, 0, 1, 15, 16, 17, 18, 19, 20 };
    private static final int[] stopB = new int[] {-1, 0, 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 };
    private static final int[] stopC = new int[] {1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 };
    private static final int[] uniqA = new int[] { -2, 16, 17, 18, 19, 20 };
    private static final int[] uniqB = new int[] { 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 };
    private static final int[] uniqC = new int[] { 3 };

在到达楼层时判断是否能加入乘客，并判断是否需要换乘。

此外，还需要在Main中处理增加电梯请求。

下面附上类图：

2 BUG & DEBUG

作业序号	bug类型	原因
2	RUNTIME ERROR	ArrayList允许添加null值,造成了list内的对象转换出现异常
2	WA	最高楼层未设置为19（16+3）
3	超时	有电梯上了不该上的人，以致无法释放
3	RUNTIME ERROR	当有不会用到的电梯时，轮询过频繁，cpu时间过长

3 心得体会

这次作业的主题是多线程调度，我的感受是：多线程与单线程编程有很大的不同，我们往往更加考虑线程安全和线程之间的交互，反而对效率和时间复杂度不那么重视。而且我们面对的问题往往牵扯到多个对象同时处理一类对象，进行多对多的操作，因此我们的中心应该是将程序各个线程之间工作量是否平衡，利用率是否合适。由于采用了锁，我们要规范使用try-wait-catch的形式，并且在合适的地方notifyAll()。最后，在处理线程结束时需要设立一些标志位，可以时全局的，告诉我们整体工作是否完成；也可以是局部的，告诉我们这一线程工作是否完成。需要着重注意的一点是，我们需要预防死锁的形成，这就意味着要斟酌每一处加锁是否必要，因为不合理的加锁会大大影响多线程并发效率，使程序退化。

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