我永远爱着OOP——第二单元作业总结

第二单元的电梯真是愉♂快呢，多线程编程作为~~java编程~~OOP中的重要组成部分，通过这一个单元的学习，我也是有了很多全新的认识

那么下面就先例行一下公事

三次作业分析

第五次作业

设计分析

实现的电梯是很简单的，没有复杂的逻辑，主要目的应该也是帮助同学们入手多线程编程，加上课上对设计模式有所点拨，所以整体的设计应该是不难的，编码量也不大，只要处理好锁的关系和wait与notify的时机，不要出现死锁，基本是不会有什么问题的

下面给出我的设计，也就是中规中矩的生产者-消费者模式

这里我封装了自己的一个容器Requester(~~感觉什么东西加上个"者"后缀就很厉害呢~~)，其实就是一个请求队列，实现了一下迭代器接口(~~后来发现不好用~~）

然后就是电梯线程和电梯线程，调度器线程没有启用，这个设计主要是为以后的扩展做了一点准备，所以这里的Scheduler是个静态的

然后差不多就是这样了，邻接资源就是那个队列，使用的时候锁一下就好了

一个需要注意的地方是怎么控制输入结束的全局持续通知

这里是借用了信号量的思想，也就是设置了一个相应的属性，然后每次循环的时候查看一下这个信号，别的就没什么了

下面是整个程序的一些度量(~~忽略这只手~~)

因为有各种各样的输出语句，所以Elevator类的方法好像有点多了，不过我确定一定很短，很简单

你看

方法的复杂度都很低，看起来还是可以的

测试

对于多线程的程序我不是很清楚怎么做单元测试，单元测试也只能保证模块功能正常，但是我们都知道，真正的问题往往出现在线程的控制上的。

分享课上同学们分享的也都是各种黑盒测试(~~个人是比较鄙弃全部依靠黑盒测试的行为，盲目的随机胡测也许很有效，但是绝不优雅~~)，所以也欢迎大家分享如何富有逻辑地进行测试。

第六次作业

第六次加上了捎带规则，加了点楼层，加了负层，0层神秘消失(误），整体来说笔者的设计是这样的。

三次设计的思路都是坚持做到单一职责，毕竟分割职责可以在做修改和扩展的时候放心大胆(~~我一向很大胆~~，其实是因为分隔职责后便于测试，良好的测试是修改的保险丝)。

所以就是

输入线程只管输入，是一个无情的指令接收机器
电梯线程只管执行，是一个无情的指令执行机器
调度线程负责调度，完成（~~无情地~~）指令分发的任务

然后这样的设计就出现了

相比上次的设计，没太多变化，就是调度器动起来了，然后肩负起分配指令的任务

然后电梯中需要有一个队列维护自己持有的指令，线程变成了单步执行，每层看一看有没有上下开关门事件发生，逻辑不算复杂

调度器就是不断尝试将指令放入电梯中(后来笔者发现这里设计的不好，调度器空转太多了，加一个wait和notify机制会更好，或者是join，不过想来想去，抢占式或许是最优解，这个后面再说)

然后下面是整个程序的度量

可以看到调度器的复杂度比较高，其实主要是笔者作死的一个设计

笔者为指令和电梯运行加了一个方向的概念，因此自己给自己多设置了一层逻辑，没什么意义，也就是有MainRequest和Direction两个量都表征运行方向，每次更新都要更新俩，判断的时候用哪个也说不清，确实是很糟糕的设计，笔者在后面也把这个量给废弃了

测试

关于这次的测试，笔者给出一些个人思考的可能出现问题的情况

对于LOOK玩家，在电梯折返，或者说换向的时候打断，可能是一个边缘逻辑
对于开关门和来指令的并发情况
对于错过的指令的测试

第七次作业

设计分析

~~据说这是OOP作业难度的顶峰~~

鬼畜多电梯、负载、速度、随机突发随机指令，这几个情境下设计一个好的算法确实不容易

所以与其苦心分析设计，不如"实践检验真理"，也就是通过本地测试时间来决定算法的性能(~~真是个小机灵鬼~~）

所以在说我的设计之前，我想理性(瞎胡说)地分析一下这次调度算法的考虑

1. 关于接人和方向

(笔者很讨厌上楼的人在电梯下行的时候就上电梯)，在本次作业中，出于载荷的考虑，也是加上同向捎带的判断，电梯的性能应该会好一些，但是实际检验发现，这个判断的效果并不明显，并且有的时候会出现负优化，个人分析原因是在于40条指令，三个电梯的总容量有20多，所以即使面对40指令并发，对于电梯们来说，工作量也不是很大。

正因如此，像我们考虑的情景——“很多反向请求的人上电梯，导致同向的请求上不去”，其实发生率也不高，所以在这种情景下，大吞吐反而是很优的。

2. 细节优化

对于这个评测方式，其实很多细节优化的效果也是不错的(只指分数，不保证绝对时间差)，比如电梯的选择顺序，是快的优先还是随便来；是近的优先还是随便来。这种细节上的选择也会有不错的收益。

3. 抢占式很重要

如果让调度器主动分指令，电梯就要记着一会要接谁，即使这个人不在电梯里，出于安全考虑，电梯也必须为这个人留个位置，那么在这种情景下，电梯一般是一直装不满的。

本人的算法基本是硬调度，没有动态调度，调度规则都是硬编码的。(不像那些大佬们在电梯运行的时候动态通信)

程序的逻辑就是每次楼层改变和进出人后就去中间的Commander那里pull一下，看看有没有自己能拿走的，这样可以保证最大利用电梯容量

然后pull的逻辑是在Commander中实现的，Commander获取电梯的当前状态，然后判断队列中有没有他能拿走的

下面是程序的度量

看起来Commander好像不太高兴了，因为笔者不小心把指令分割的逻辑放到了Commander里面，这个是违反单一职责原则的，我在下面简单做一下拆分

可以看到，加上Spliter后，Commander的复杂度明显下降，此时Commander中只剩下和分配有关的逻辑

方法的复杂度还是很不错的

测试

这次测试笔者主要关注了下面这几个点：

载荷，要保证不能超载，对于电梯载荷上限的数据要进行测试
需要拆分的指令，对于需要拆分的指令，特别是可以多次拆分的指令，要重点测试
效率，最好在测试的时候单步输出一下每时刻每座电梯中的人数，确保电梯有较高的载重

设计原则分析

SRP（单一责任原则）：这次设计基本是符合单一原则的，唯一不足的地方是，电梯是主动去获取指令的，获取指令的逻辑也在电梯类里面，可以考虑专门做一个获取器，然后电梯每次调用这个类的对象
OCP（开放封闭原则）：这三次作业其实需求扩展体现的并不明显，重点是需求变化，完全地不变更原设计是不现实的
LSP（里氏替换原则）：这三次作业的类基本继承层数都是1，没有父子类的问题
ISP（接口分离原则）：三次作业不涉及接口问题
DIP（依赖倒置原则）：三次作业中的类基本没有继承层次，所以也不涉及依赖倒置的问题

UML时序图分析

~~好了，我完事了~~

上面就是本系列作业的设计了，下面说一些我想说的

相比于上个系列作业，这个系列突出的需求增加更加明显，也更加友好，不存在说两次需求相互矛盾的情况，对于设计优秀的同学，每次作业的编码量肯定是不大的

然后吧，这个时间效率这个事情，我觉得确实是一个摸索的过程，群里有人在说用NN，问题不大，其实我上面说到的自己去尝试算法，然后调整算法，其实就是个手动NN的过程(误)，真正要是在实际中解决这种鬼畜电梯的问题，就是要靠NN来实现根据过去推将来的，用NN来实现对未来的分析预测，从而调整自身调度策略，获得最优调度

下面想重点说一下这个监听者模式，老师上课提了很多次，下课也听同学们有讨论，所以说一点个人的见解(~~以下都是胡说，理性参考~~)

监听者模式的提出，是为了能够让一个个的listener动态地加入监听和退出监听，同时，在Commander新消息发布的时候，可以通知所有监听者，java的Swing库就大量使用了这种设计

针对本次作业，笔者最开始是考虑过用这个模式的，每当输入一个指令就通知一下电梯，然后电梯取指令，刚好很多电梯，然后可以都注册为listener

但是存在以下几个问题：

所谓通知，在这里的体现就是把指令放进去，但是，在指令来的时候，电梯可能正处于上锁状态(例如，进出处理中)，这时我们的Commander试图尝试往每个电梯里放指令，就会遇到锁
其实上面那个还不是最重要的，毕竟只是要等一下下就好，问题是当某个请求无法被任何电梯处理的时候，这个请求就要被存起来，这样的话，其实就又退回了我们的生产消费模型了(毕竟在Swing中，如果一个消息没有监听器，这个消息是会被扔掉的，但是显然我们这里不能这样)

所以，这个模式虽然很美，但是放在本系列作业中也许有些不当之处，当然，这只是我浅薄的认识，如果大家有更好的实现方式，也欢迎在下面留言，一起讨论，一起学习