北航面向对象Round Four
1.第四单元总结
1.1第十三次作业
1.1.1需求分析
本次作业的输入输出接口课程组已经提供了，这无疑给我们减轻了很大的负担，减少了很多精力去理解处理输入输出部分。我们只需要考虑的就是一堆UmlElement之间的关系，再根据他们之间的关系设计数据结构。
1.1.2架构设计
由于第十三次作业我们只需要解析UML类图，所以我这里采用了类似于我们平常代码的三级模式。即：类和接口为最高一级，方法和属性为第二级，类包括了方法和属性，第三级为方法的相关属性，例如有无返回值等，所以需要对UmlElement的数组扫描三次。并且我在外部使用邻接表存储类和接口之间的关系。查询方式采用的是懒查询 + cache的方法，即每次查询先找cache中是否存在查询的数据，miss后再进行查询，并将查询结果写入cache。程序的UML图如下：
这里我设计了三个类，分别为MyClass、MyImplement、MyOperation。它们的作用和它们的名字一样，都是用来存储相应UmlElement的信息。这样的架构我相信大家都能想到，也更容易被代码阅读者理解。
1.2第十四次作业
1.2.1需求分析
本次作业的输入输出接口课程组同样也已给出，不过加入了顺序图和状态图，并且对类图提出了新的要求：要求检查给出的UML类图是否符合某些规范，我们这就必须算出来每个类所继承的接口和类的状况。此外，本次作业还增加了顺序图和状态图，他们都是有明确结构的。并且相关的查询语句也依赖于这个结构，所以可以采用类似于第十三次作业的方法。
1.2.2架构设计
虽然第十三次作业已经有了一些懒查询的方法，但是由于这次要求提前明确每个类和接口的继承状况，我就提前把类和接口继承的属性等记录下来，放弃了懒查询的方法，改为直接查询，新增了MyGraph类跑拓扑排序明确类和接口的继承情况。在处理顺序图和状态图使用了两级模式，即每个“画布”为一级，每个具体的UML图为下属一级。程序的UML类图如下：
这里我新增了MyOrder类记录顺序图的结构，新增了MyStateMachine类和MyState类记录状态图的结构。并使用懒查询的方式查询顺序图和状态图。
2.从课程中学到的架构设计
初识面向对象
第一单元是简单多项式的求导。同时也是我第一次写面向对象程序，对于如何分类也是懵懵懂懂。这一单元的作用是教给我们如何写一个面向对象程序，以及如何应用Java的继承和接口特性和正则表达式。经过三次作业的训练后，我逐渐掌握了将物抽象为对象的技巧，也掌握了一些Java语言的特性。拿第一单元的最后一次作业为例，我设计了五种因子：NumFactor、VarFactor、SinFactor、CosFactor、ExprFactor。它们分别处理和保存常数、变量x、正弦因子、余弦因子、表达式因子。另外设计了一个处理项的类Term和一个处理表达式的类Expression。输入处理也单独划分为一个类ParseInput。因为每个Factor有共通之处，我设计了一个Factor父类，五种因子都继承于此，获得数据处理的方法和根据字符串生成新的因子的方法。好的架构设计的优点在这个时候也体现出来了，最后一次作业是我第一单元写的最快的一次，而且一次就通过了中测和强测。
线程设计
第二单元是多线程电梯，之前就对电梯有所耳闻。多线程最重要的就是对临界区的访问控制，在提高程序效率的情况下避免死锁。本单元的三次作业我都采用了“生产者——消费者”模式。输入接口为生产者，电梯为消费者。临界区存储了等待进入电梯的人。三次作业都是对“生产者——消费者”模式的扩展，最后一次作业有三个电梯，也就有三个消费者。电梯的处理调度算法也是采用的和生活中相同的调度算法。扫描+先来先服务，并没有过度研究性能的优化。由于采用了较为直观的架构设计和单例模式，第二单元苟过。
JML语言
我感觉第三单元的目的是让我们都体验一次“码农”。我们基本不需要对架构做过多的设计，因为本单元的要求细化到了每个函数的功能，这个单元简直就如同架构师给码农提出好代码细节要求后，码农去实现整个工程的过程。JML语言确实提高了开发团队的工作效率，每个人不必考虑全局，只要考虑自己应该处理的细节即可。但是如果只依靠JML语言，对架构师的能力要求就比较高，可以说大部分压力集中于一个岗位。言归正传，本单元作业对CPU的时间要求较为严苛，可以说cache是本单元一个及其重要的东西，也就是用空间来换时间。本单元的架构设计主要围绕在设计一些函数的算法方面，这样暴露了JML的一个问题，就是规定了每个函数的任务后，多个代码实现人员容易重复造轮子，这样的问题同样需要协商解决。所以我认为，在实际中，只使用JML语言就可以完美搞定整个工程不太现实，还是需要工作人员的线下商讨。此外，本单元我尝试了几次直接继承“屎山”的行为，发现这个过程是真的难受，如果对下次作业有较好的预测的话，那代码实现的过程是非常舒服的。如果预测错了，那就是灾难了。代码迭代的过程确实不容易，且行且珍惜。
面向对象的架构设计
总的来说，第四单元的代码作业感觉和第三单元是一个风格——要求CPU时间，规定好了每个函数的输入输出，只是工程量较第三次作业可能大了一点。感觉第四单元学了UML的设计方法外，就没再学到更多的东西。第四单元我采用了比较贴近现实的架构设计，即按照实际中的UML图结构划分层次存储相应的数据，在查询相关数据时采用cache，加速查询速度。此外，本单元还教会了我们如何使用StarUML（小声吐槽一下，这个软件有时候会比较卡，像P3的Logisim），用这个做需求分析和设计还是很好的，很直观。
3.从课程中学到的单元测试方法
第一单元
第一单元主要是使用python做脚本测试，因为python也有正则表达式库，也有自动求导功能，我们可以开发一个和评测机差不多的judge平台，利用管道对java进行输入输出控制。正确性检查方法和评测机的检查方法相同，也是带入一堆数算多项式的结果，最后进行结果对比。但是这个评测机的一个问题就是，不能随机产生错误的数据，即之只能验证合法输入的结果是正确的，而不能验证非法输入结果的正确性。像这种非法输入就只能人为构造然后进行测试了。
第二单元
第二单元是多线程电梯。我的主要测试方法是梳理设计架构和设计细节。因为多线程的bug多出现于临界区的访问冲突，从而导致数据不一致或者是死锁的情况。这时候梳理各个线程临界区的访问顺序就极为重要，明确每个线程何时会申请锁，何时会修改临界区，何时会释放锁后，一般就很难再出现线程的问题。其它可以复现的bug都不是bug。
第三单元
第三单元我们主要使用了jjc的测试方法，即利用大家生成jar包的代码，输入相同的数据，对比大家的输出，如果大家输出一致，那么问题就不大；如果有人不一致，那么肯定有bug出现了，评测机就会反馈出现bug的位置和bug的现象，然后就可以开始愉快地debug了。这个jjc的原理是：如果一个人的代码出现bug的概率是\(10\%\)，那么5个人的代码出现相同bug的概率就远小于\((10\%)^5\)。这样会大大提高我们的正确率。
第四单元
第四个单元我们继续延续了第三单元的测试方法，简单来说就是对拍，不过大家需要分工画出一些UML图。大白同学的评测机会自动生成一些测试指令，然后大家提交jar包进行对拍，这样的测试效果是比较好的。在此感谢sdy和大白提供的jjc。
4.课程总结
这个课程的首要收获当然是学会了java这门语言，学会了写多线程程序。java语言的学习确实很有用，本学期的《图像处理与模式识别》作业的代码同样也是用java完成的，并且在《网络攻防》这门课中用到了多线程的技术。可以说面向对象这门课很基础，很有用。
当然，这门课最大的收获是学习了一些有关面向对象设计的思想，以及一些设计模式。包括但不限于：如何抽象一个类，如何抽象出继承关系，单例模式，工厂模式，JML建模语言，UML建模语言等。这些设计思想在进行代码的架构设计中非常有用，一个好的设计不仅可以让你快速写完代码，还能让代码有良好的扩展性，应对新的功能。
这门课的一个顺带收获是提高了代码能力，毕竟十多次作业，还是写了不少代码的。学会了一些debug的方法和线下测试的方法，这些也是宝贵的经验。上完这门课后，理解了为什么java这门语言为什么这么火，不仅是因为它的代码十分灵活，运行效率高，还因为他是面向对象语言的典范。彻底粉java了。
还一个对我影响比较深的收获，就是我们的checkstyle。这个东西就像是一个练字帖，让我们写的代码更规范了，同时也在随时提醒我们要养成良好的代码风格。这个功能确实好评，希望继续延续下去。
5.课程建议
- 四次课程的顺序安排感觉不太好，可以调整为1，3，4，2的顺序，最后写多线程程序。今年的这个顺序感觉多线程之后难度突然下降，就没怎么有写
Java的欲望了。 JML和UML感觉代码部分有点重复，像是在反复练习架构设计。个人感觉JML可以和UML放在一起讲，这样可以空出来一个单元学习新的内容。
