BUAAOO第二单元总结之电梯问题

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Homework1 傻瓜电梯

程序架构

第一次题目非常简单，思考也非常简单，一部电梯傻瓜调度。将命令入公共的队列，电梯从公共队列中取命令即可，其中只需要使用ArrayBlockingQueue就可以使线程安全，并不需要加上锁，因为只有这个队列需要公共访问修改，使用阻塞队列即可。

同步控制

第一次作业结构简单，只需要使用ArrayBlockingQueue就可以实现同步控制。

BUG的出现

1.使用电梯取队列命令时，若也使用阻塞取，就可能使整个线程阻塞而无法退出，因此我是用poll进行取。

2.程序退出不能仅仅判定输入为NULL，还得注意命令队列是否为空，不然将导致命令还没执行完就退出。

Homework2 捎带电梯

程序架构

这一次作业对电梯的架构做了很大的调整。它与第一次是完全不同的，因为第一次过于傻瓜，其实整个电梯类并不是电梯，而是一个运算器，对from和to两个floor进行运算时间即可，本质上并不是电梯。

所以首先我得明确什么是捎带，什么是电梯，捎带就是电梯仍然就是这么去接人，只不过接人的路上可能可以捎带上别人，它的接人方向和放人方向始终没有任何变化，因此我就将电梯的属性做了很大的调整，楼层的概念变得没那么重要，而方向作为主要属性，接人方向，放人方向和接人的极限层（即从接人任务结束的那一层）作为电梯每次开始运作的基础，然后每一层再给它分配任务，而不对这三个属性做任何变化。

比起第一次的傻瓜电梯，多加了一个调度器类，同时将请求队列放在了调度器中（调度器并不是一个线程，只是一个普通类，在电梯要调用时调用）。电梯多了outelelist和inelelist两个数组，用于存储在电梯外等候的人和在电梯里的人。电梯以pick和put为一次流程，每一次流程给电梯设置pick的方向和put的方向，以及pick的楼层，然后电梯开始运行，每当运行到一个楼层（初始层也算），就给电梯分配可以捎带的任务并且加入到电梯的outelelist，并且检索outelelist是否有可以进入电梯的，有就加入inelelist（等于人进电梯），并检索inelellist检索是否有达到楼层的，有就从inelellist移除（等于人出电梯），这些操作就完成了这一层的任务，并继续运行直到pick和put结束。

同步控制

虽然第二次设计复杂了很多，但是其实被线程共享的数据只有主请求队列，而电梯内部的两个接人放人数组都是私有的，只为电梯线程使用，因此不需要控制，所以我主请求队列仍然使用阻塞队列即可。

 

BUG的出现

1.起初我数组遍历使用下标从小到大进行遍历并且检索到就用数组的remove，这就会导致当我remove一个元素之后使size变化而下标i继续增长，某些元素无法检索到，解决办法就是从大到小遍历。

2.在调度器每次给电梯设置pickdirection时，将正确的direction传递给电梯，然而调度器内部记录的direction没有变化，导致会增加一些不能经过的捎带任务，从而使电梯不断爬楼却无法到达捎带楼层而无限爬楼。

Homework3 捎带电梯+多部不同的电梯

程序架构

复杂度控制还行

电梯类

电梯和调度器的时序图

 

类的数量并没有变化，依然是电梯类，调度器类，输入类，和主类。电梯完全可以复用，只要设置上升下降速度，载客量，可停靠楼层，开关门时间就可以将多部电梯一样操作。

多部电梯和任务的关系是竞争关系，电梯去竞争任务而不是靠调度器调度任务，对调度器加锁，每次只有一部电梯可以进行调度，其他电梯就得等待。

对于载客量的限制，只要调度器每次判定电梯的总任务数量是否超过载客量（包括电梯内的和电梯外的），只要超过就不派发。

对于楼层问题，直达楼层就如作业二一样，并没有任何变化。而对于不直达楼层，我们需要对其进行分割，将其分成两个可以直达的任务，即分割第一任务和分割第二任务，这就需要解决以下几个任务：1.何时分割。我在Input类就进行了分割操作，一输入并不马上加入任务队列，而是先进行分割操作。2.如何保证先做完分割出的第一任务，再执行第二任务（即先送到中转楼层，再去接他到目的楼层，不然会造成去接但是人还没到的情况），因此我在调度器中加入了waitqueue和wastequeue，waitqueue存储的就是分割出来的第二任务，而wastequeue是电梯inelelist中被remove的元素。每次调用调度器，就检索整个wastequeue，查找其中是否有和waitqueue中相同的id（因为中转的是同一个人），有就把waitqueue中的请求加入主请求队列等待电梯竞争，没有就找下一个，并且把wastequeue的元素都清空。这样就可以保证时间的先后性，但是多次的循环检索可能会造成计算时间过长。

同步控制

新增的waitqueue和wastequeue都为多线程共享，因此我将其都调用线程安全类，使用ArrayBlockingQueue和ConcurrentHashMap两个类，保证其线程安全，同时在使用调度器的代码块加上锁，从而保证每次只有一部电梯调用调度器。这样就完成了整个同步控制流程。

 

BUG的出现

这次最严重的bug就是时间问题，CPU常常超出所规定的时间，原本我采用第二次作业的版式，只在电梯类的最后加入一条sleep（）指令来完成暂时的休眠，然而第三次作业的调度器类太过于臃肿，其中循环检索太多使CPU运行时间过长，所以我就在每次调用调度器就notifyall并wait，并且在调度器内部也穿插了sleep，然而这就会导致另一个问题，当另外两个电梯结束线程后，就会使最后一个电梯永远停留在wait状态，于是我就使用wait（time），当wait超过time的时间就自动唤醒，从而解决了一个电梯运行的无限等待问题。

查找BUG策略

对于自身BUG查找，使用print法，在每次线程调度的开头和结尾都使用print，并且使用部分模拟数据来测试。

对于查找他人BUG，并没有很好的办法。

三次作业总结

这三次作业，让我对于多线程编程有了更加深刻的认识。它和单线程有着很大的差别，对我们的编程能力有着很大的考验，这就需要我们严谨的架构能力和对线程安全的重视。 我的架构能力确实有所提升，第二三次作业都是使用同一个架构。然而我对同步控制仍然还有很大缺陷和漏洞，我仅仅使用简单的线程安全类和一把锁，锁的范围过大也导致了某部分代码块需要运行过久时间，对notify和wait的使用也仍然生疏，这还需要多加练习。