2019-OO-第二单元总结

多线程电梯调度问题

思路综述

第一次作业

第一次作业是非常简单的傻瓜电梯，不需要考虑容量，不需要考虑调度策略，运用了基本的生产者消费者模型，而且生产者消费者模型也一直贯穿了三次作业。

第二次作业

按照指导书写了ALS调度方法，在elevator的run方法中，楼层每变化一次，都先判断电梯中是否有人（runlist），如果有人，则取第一个人为主请求，目的地即为这个人的tofloor，否则取电梯外的第一人（requestqueue），目的地即为这个人的fromfloor，根据得到的目的地判断电梯运行的方向（这里出现了问题，遗留到了第三次作业导致强测CPUt了QwQ）。然后在每层楼判断是否有目的地同方向的人，是否有要出去的人。最后电梯运行一层楼。

第三次作业

单部电梯的运行和第二次作业中基本一样，除了限制了容量，在进人的时候需要加一个判断。本次作业的难点（对于不优化的我而言）应该是请求的拆分。请求的拆分，主要问题在于如何找到最短的拆分，和保持拆分后的时序，即一个请求的前半段拆分送达后，才能执行后半段拆分。对于前者我的实现是把三个电梯23层楼，类比成一个23*3的迷宫，然后用bfs来解决，与普通电梯不同的是，对于同一个电梯，即迷宫上的同一列，即使上下的两格标记为1（障碍，不可达），该电梯也是可以经过这一层的，只不过不可以在这一层换乘，故而判断条件有所变化。
上下移动：

左右移动：

对于后者，我创建了一个MyRequest类继承PersonRequest，多了一个state属性，当且仅当state为0的时候，这个请求可以被电梯接入，而当每个请求出电梯的时候，就遍历后面的请求，找到id一样的第一个请求，将它的state设为0。

代码分析

结构分析

第一次作业

整个程序都很简单，只有elevator的run方法数据偏高。

第二次作业

和第一次作业一样，程序思路比较简单，没有很复杂的方法，elevator的run方法数据偏高。

第三次作业

可以看到bfs方法的结构化程度、循环复杂度都遥遥领先，而Bfs类的类方法的平均循环复杂度也当仁不让地排在了第一，电梯线程类和调度器类的方法总循环复杂度也非常高。

bug分析

前两次作业没有什么bug，只不过第二次作业的优化性能分较低。第三次作业出现了CPU tle的问题，检查了很久很久，一直在while循环体里找，看是否发生了轮询，经过了漫长的printf大法之后，发现是一个惊天大bug，这样看来强测只炸两个点都是我欧。问题出现在Schedule类中的get方法，在原来的get方法中，我遍历整个队列，如果找到符合要求的，则返回该请求，找到null，则返回null，否则wait循环，但是wait被唤醒过后，我返回了requestqueue.get(0)……这简直毫无道理了，即会导致电梯跑到它不该到的楼层一直等待。
为解决这个问题，我把get方法分离出一部分即getresult方法，在这个方法里，如果符合要求，就返回符合要求的request的索引+1，null则返回-1，否则返回0，在get方法中，如果getresult方法的返回值为0，则等待，被notify后重新调用getresult方法，while 返回值为0，则一直循环，直到返回null或者符合要求的request。

风格分析

比较喜欢我的第二次作业的作业风格，在elevator类中，每一个方法都比较短，都有自己独立的功能，结构层次比较清晰，容易理解。而第三次作业就存在了哪里有问题给哪里加补丁的情况，显得非常丑陋，甚至还曾经把bfs的迷宫放在scheduler类里，不过最后还是单独为它构建了一个类。

Hack Hack Hack

这次互测还挺不爽的，这老哥简直不顾OS期中考试，仿佛定了闹钟一样精准提交测试样例，然而到最后一波修复就解决了……bug列表从来没有这么长过。

当然我们在跑评测机的时候，很少会去研究对方的代码，检查是不是同质错误，但我觉得提交二三十次，狂刀别人的做法还是没有什么必要，不过的确监督了我找bug。

难点总结

线程安全

在这次作业中，出了很多线程不安全的bug，在debug的过程中才逐渐对线程安全和线程不安全有了一些认识。比如说经常出现的一个问题：IndexOutOfBoundsException异常，这是因为Arraylist是线程不安全的，而我又没有锁成功。
最后感谢晶巨分享的一篇文章，

我们观察发生越界时的数组下标，分别为10、15、22、33、49和73。结合前面讲的数组自动机制，数组初始长度为10，第一次扩容为15=10+10/2，第二次扩容22=15+15/2，第三次扩容33=22+22/2...以此类推，我们不难发现，越界异常都发生在数组扩容之时。
由此给了我想法，我猜想是，由于没有该方法没有同步，导致出现这样一种现象，用第一次异常，即下标为15时的异常举例。当集合中已经添加了14个元素时，一个线程率先进入add()方法，在执行ensureCapacityInternal(size + 1)时，发现还可以添加一个元素，故数组没有扩容，但随后该线程被阻塞在此处。接着另一线程进入add()方法，执行ensureCapacityInternal(size + 1)，由于前一个线程并没有添加元素，故size依然为14，依然不需要扩容，所以该线程就开始添加元素，使得size++，变为15，数组已经满了。而刚刚阻塞在elementData[size++] = e;语句之前的线程开始执行，它要在集合中添加第16个元素，而数组容量只有15个，所以就发生了数组下标越界异常！

来源于https://blog.csdn.net/u010010428/article/details/51258783

请求拆分

请求拆分的方法有很多种，先后考虑了地铁线换乘的模型（上学期数据结构作业题），即用Dijkstra最短路径算法，和BFS迷宫模型两种方法。后来还是选择了BFS迷宫模型，写起来比较容易。

wait/notifyAll

在我写第三次作业之前都没有搞清楚notifyAll和wait的作用，加了很多notifyAll避免线程一睡不醒，但实际上并不需要，总的来说，scheduler的get方法里需要用wait，如果电梯暂时没有可以执行的请求，且没有读取到null的时候，就让它wait，在add request的时候要加notifyAll，唤醒wait的线程。

感想

总的来说感觉不是很理想，出现了面对中测编程的情况，没有主动去编一个评测机，以致于自己的bug也没有好好找，在hack别人的时候也显得很无力（尤其是被别人hack几十次想反击一波的时候），还有关于线程安全、死锁等问题也没有仔细思考，而是等问题出了再去找寻解决方案。相比第一单元而言，作业变复杂，而自己反而变得有些松懈，不太ok。