关于目的选层电梯的设计与优化方案

1.电梯采用LOOK算法，这是对SCAN算法的改进。假设现在电梯正在上行，到达某一层停靠后电梯轿厢里没有人并且当前楼层到顶层没有请求，则转向。这样就省去了从当前楼层到顶层，和从顶层回来的这一段折返的空载的路程（或者说载客可能性不大的的路程，因为不能保证转向后没有新的请求到来，但是综合考虑还是转向的运行时间期望更小，受益更大）。

　　具体判断方法：

if (requests.isEmpty() && canPark()) {
    if (!dispatcher.checkFurtherRequest(currentFloor, dir)) {
        if (isOpen) {
            closeDoor();
       }
       changeDir();
    }
}

　　其中checkFurtherRequest为：

public synchronized boolean checkFurtherRequest(
    int currentFloor, ElevatorDirection dir) {
    if (dir == ElevatorDirection.UP) {
        for (int i = 0; i < requestQueue.size(); i++) {
            if (requestQueue.getFrom(i) > currentFloor) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    } else {
        for (int i = 0; i < requestQueue.size(); i++) {
            if (requestQueue.getFrom(i) < currentFloor) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
}

　　其他函数根据名字可以大体推知其作用。

2.为了最大限度的不错过可以执行的请求，可以在关门前先遍历一遍请求列表，没有可执行的请求就sleep(200)，之后再遍历一遍请求列表，若此时有可执行的请求就获取它并继续sleep(200)重复上述过程，若此时仍然没有可执行的请求就关门。虽然只有0.2s的差别，但是这样就可能让你不错过诸如下列的一系列请求：

　　（虽然可能性极低，但实测确实有可能发生）

3.一开始我曾构思过写一个调度器线程，把请求动态分给三个电梯，如果有一个电梯不能完成的请求就动态分配中间停靠楼层，但这样需要线程之间频繁的通信，实现起来太过复杂，而且因为三个电梯的运行时间、限乘人数都不一样，要综合各种因素实现一个稳定的优化算法是极为困难的，且留给我们的时间也不允许。于是我的做法就是化繁为简，以不变应万变。找到了一个低付出高回报的方法。

　　a.既然动态分配中间停靠楼层不好实现，就把一个电梯不能完成的所有请求枚举出来，固定他们的中间停靠楼层。我的具体实现如下表：

TO FROM	-3	-2、-1	1	2	3	4~14	15	16~20
-3	直达	直达	直达	1-换乘	1-换乘	1-换乘	直达	直达
-2、-1	直达	直达	直达	直达	1-换乘	直达	直达	直达
1	直达	直达	直达	直达	直达	直达	直达	直达
2	1-换乘	直达	直达	直达	1-换乘	直达	直达	15-换乘
3	1-换乘	1-换乘	1-换乘	1-换乘	直达	奇数楼层直达 偶数楼层5-换乘	直达	15-换乘
4~14	1-换乘	直达	直达	直达	5-换乘	直达	直达	15-换乘
15	直达	直达	直达	直达	直达	直达	直达	直达
16~20	直达	直达	直达	15-换乘	15-换乘	15-换乘	直达	直达

　　不能简简单单直接将请求拆成两部分放在请求列表里，这样可能会有后半段先执行的逻辑错误，我的方法是队请求做出特殊的标记

public class Request {
    private int id;
    private int from;
    private int to;
    private int destiny;
    private boolean in = false;
    private boolean out = false;
    
    public Request(int id, int from, int to) {
        this.id = id;
        this.from = from;
        this.to = to;
        destiny = 0;
    }
    
    public Request(int id, int from, int to, int destiny) {
        this.id = id;
        this.from = from;
        this.to = to;
        this.destiny = destiny;
    }
    //此处省略部分get和set方法
}

　　设计了两种构造方法，单电梯可直达的用第一种构造方法，不能执行的用第二种构造方法，其中from不变，to为中转的楼层，destiny为最终的目的楼层。每次执行完一条请求后看看这个请求的destiny是否为0，若为0，该请求已经执行完成，删去；若不为0，则重新构造一个请求：

　　request = new Request(formerRequest.get(i).getId(), currentFloor, formerRequest.get(i).getDestiny());

　　以当前楼层为from，destiny为to，并立即插入请求列表中等待再一次被执行，这样可以保证逻辑的先后顺序不会出错。

　　b.既然动态给三个电梯分配请求太困难，就让三个电梯来请求列表里“抢”请求，但这个“抢”是有约束的。电梯运行到某层后遍历请求列表，取得电梯自己可以执行的请求。什么是电梯自己可以执行的请求呢？就是currentFloor == requestFrom并且方向与电梯运行方向相同的请求。电梯每次到达某一层之后，先下人，然后再遍历请求列表来取得请求。

　　这就是我们常说的Worker Thread模式，其类图如下：

 

　　可以对比一下Worker Thread模式和普通的方法调用。

　　在Worker Thread模式中，Client负责发送工作请求，它将工作内容封装为Request，然后传递给Channel，在普通的方法调用中，这部分相当于“设置参数并调用方法”。其中，“设置参数”与“创建Request”相对应，“调用方法”与“传递给Channel”相对应。

　　Worker负责进行工作，它使用从Channel接受到的Request来执行实际的处理。在普通的方法调用中，这部分相当于“执行方法”。

　　在进行普通的方法调用时，“调用方法”和“执行方法”是连续进行的。因为调用方法后，方法会立即执行，无法分开。但在Worker Thread模式中，方法调用和方法执行被特意被分开了。

　　这种分离有什么意义呢？

　　①提高响应速度

　　如果执行和调用不可分离，那么当执行需要花费很长时间时，就会拖调用处理的后腿。但是如果将调用和执行分离，那么即使执行需要花费很长时间也没有关系，因为执行完调用处理的一方可以先继续执行其他处理，这样就可以提高响应速度

　　②控制执行顺序，即调度

　　如果调用和执行不可分离，那么在调用之后就必须开始执行。但如果将调用和执行分离，那么执行就可以不再受调用顺序的制约。我们可以通过设置Request的优先级，即控制Channel将Request传递给Worker的顺序来实现控制调用顺序，这就是请求调度（scheduling）。

　　③可以取消和反复执行

　　将调用和执行分离后，还可以实现“即使调用了也不执行”和“即使调用了一次也可以反复执行”。

　　④实现分布式

　　我们现在只是分开不同的线程来实现调用和执行的分离，但是利用这种思想，我们可以将负责调用的计算机和负责执行的计算机分开，让网络作为Channel来传递Request。

4.没有最好的优化，只有最好的架构，不能为了性能而破坏设计的架构，这样是得不偿失的，性能只是为你的架构锦上添花，不能为了性能而使架构变得不堪入目，本末倒置。对电梯类的建造我采用了抽象工厂模式生成了三个电梯类。其中抽象工厂为：

public interface ElevatorFactory {

    static final int OPEN_TIME = 200;
    static final int CLOSE_TIME = 200;
    
    public abstract void runElevator();
    
    public abstract void walkIn(Request request);
    
    public abstract void walkOut(Request request);
    
    public abstract void openDoor();
    
    public abstract void closeDoor();
    
    public abstract void moveOneFloor(int sign);
    
    public abstract int getSign();
    
    public abstract void changeDir();
    
    public abstract boolean canPark();
}

　　我的做法是创建了三个不同的电梯类，分别实现这个接口，这样会造成类的数目过多且三个类之间的相似度特别高。其实可以创建一个电梯类并实现这个接口，然后把三个电梯之间不同的部分通过参数传进来，实现一个类的三个不同对象即可，这一点是需要改进的地方。

　　以上几点只是个人抛砖引玉的愚见，一定有不周和不对之处，望读者多多包涵并批评指正。