电梯系列——OO Unit2分析和总结

一、摘要

 本文是BUAA OO课程Unit2在课程讲授、三次作业完成、自测和互测时发现的问题，以及倾听别人的思路分享所引起个人的一些思考的总结性博客。主要包含设计策略、代码度量、BUG测试和心得体会等内容。

二、设计策略分析

2.1 第一次作业

 第一次作业较为简单，主要由Elevator线程和InputHandler线程互相合作完成，是消费者、生产者模式，InputHandler生产AllRequest类中的Request对象存在ArrayList中，电梯从中取出Request对象并完成送乘服务。该ArrayList即是共享资源，需要实现互斥。Elevator在内部有人的情况下先完成内部任务，当内部人员为空时去接Request中的乘客，若Request也为空，且输入未完成，则sleep。InputHandler每次增加Request对象都会唤醒电梯。若输入完成，则电梯下班。

2.2 第二次作业

 本次作业与上次作业的区别并不大，可捎带的实现在电梯每次到达某一楼层时进行一次是否捎带的判断。如果符合捎带条件，开门后的处理流程和第一次基本是一致的，需要注意的线程安全问题基本没有改变。

2.3 第三次作业

 本次作业中有多部电梯，并且电梯有各自运行的楼层，于是某些情况下乘客需要转乘来到达目标楼层。本人在设计中是通过对乘客类的修改实现，记录乘客的目标楼层，并先把目标楼层替换为中转楼层，在乘客出门后将增加一个请求。在电梯是否捎带的策略设计中，每部电梯只捎带从自己运行楼层出发，目的地也为自己运行楼层的请求，或者从自己运行的非换乘楼层出发的请求。设计中需要保证所有可能的请求都能顺利完成，不会出现无法到达的情况或者没有电梯响应请求的情况。也增加了新的线程安全问题，需要重新考虑电梯下班的条件，以及增加请求时也需要唤醒sleep的电梯线程。

2.4 对调度策略和实用性的思考

 本次作业中，有很多指导书中的要求只是对实际情况的一种抽象，存在某些细节与实际不符合，也有考虑不周的情况。

例如对负重，现实中一定不会按人数，而会按照具体的重量来决定，那么在乘客输入请求时，电梯是无法预判是否会超载的。因此，基于超载预判的调度策略优化在现实中并不合理。

其次，作业中从未思考乘客的自主选择，除了反悔等，乘客可能提前下电梯、采用自己的换乘方案等。

最后，某些整体时间缩短的策略可能导致个别乘客等待时间的过长，可能会引起使用者的不满。

2.5 对优化的思考

 本部分仅仅考虑在指导书规定中的优化，将有与上一节讨论（即与实际应用）矛盾或不合理的地方，仅可能带来性能上的提升。

首先，电梯在不载人的时候可以运行到某个特定楼层，例如中间楼层，或者换乘楼层，或者基于乘坐数据集的最可能接客地点。

其次，预判电梯将超载时，如果请求可以由其他电梯完成，同时调度其他电梯到该楼层。

还有基于当前所有请求的最优调度模拟。如果请求可以由不同电梯完成，或者楼层的访问顺序可以改变，可以预先计算所有调度方案所用时间，再选择最快的方法。但此方法对性能有较大影响。

三、程序规模统计

3.1 第一次作业

类图

代码度量

主线程UML时序图

Elevator UML时序图

 

3.2 第二次作业

 类图

 代码度量

 主线程时序图

 Elevator UML时序图

 

3.3 第三次作业

 类图

 代码度量

 主线程时序图

 Elevator UML时序图

3.4 分析

 优点：设计中可扩展性强，后两次作业没有对之前的作业进行大规模的重构，类图具有一定相似性，设计中基本符合SOLID原则中的里氏替换原则、接口隔离原则、依赖倒置原则。

 缺点：单一责任原则不是非常符合，Elevator的run、canTake、RunningCheck等方法复杂度过高，对Elevator类还可以进行拆分，可以将优化、调度策略等单独用一个类实现；第三次作业中不同的电梯设计不符合开放封闭原则，三部特殊电梯可以使用继承的方式实现。

四、测试中的bug分析

4.1 自我程序bug分析

本单元三次作业中，本人自己的bug仅仅只有第三次作业有1个bug，具体如下。

        } else if (name == 'C' && !el.isInC(toFloor)) {
            this.toNewFloor = toFloor;
            if (el.isInA(toFloor)) {
                this.toFloor = 1;
            } else {
                if (floor <= toFloor) {
                    this.toFloor -= 1;
                } else {
                    this.toFloor += 1;
                }
            }
            this.special = true;
        }

含BUG的代码

        } else if (name == 'C' && !el.isInC(toFloor)) {
            this.toNewFloor = toFloor;
            if (el.isInA(toFloor)) {
                this.toFloor = 1;
            } else {
                if ((floor <= toFloor && floor != 3) || (toFloor == 2)) {
                    this.toFloor -= 1;
                } else {
                    this.toFloor += 1;
                }
            }
            this.special = true;
        }

修复后代码

此为设计上的考虑不周。BUG位于People类的构造器中，即在分析特殊乘客的转乘路线时，设计出现了错误，导致乘客不能正确地转乘，从而无法到达目标楼层。

在本单元我的程序中，并没有出现有关线程安全问题的bug。

4.2 互测其他人bug分析

本单元中互测时遇到的bug也比较少，例如请求完成电梯线程sleep后唤醒时出现的重复到达楼层的问题，和第三次作业中特殊楼层请求不能被正确完成的bug。基本都为设计上的小问题，没有遇到线程安全的问题。

五、Hack策略分析

5.1 Hack策略

Hack分别基于代码和统一共性问题进行测试。统一的问题如

线程安全问题的测试主要通过阅读代码来进行判断，这次互测时也没有发现线程安全方面的问题，因此没有特意设计基于某个线程安全bug的针对性数据输入。

5.2 与第一单元的差异

第一单元中，学生主要出现bug的地方都是关于输入输出格式方面的问题，Hack主要基于指导书要求中容易被忽视或者设计上易出现错误的数据，而程序功能性问题比较少。本单元中使用统一接口后，bug只剩下功能性问题和线程安全问题。

六、心得体会

6.1 线程安全

本单元中开始了多线程的设计，在以前简单地学习JAVA中我对多线程有一点点了解，但之前从未考虑过安全问题。通过理论课程的学习和三次作业的练习，大概了解了保证线程安全的重要性和方法。本单元的练习中，主要是输入结束和电梯暂时无任务、电梯下班等需要仔细考虑，输入完成后不意味着电梯就已经完成任务，电梯内仍然可能有人，而第三次作业中，输入完成、电梯内无人后仍然可能有人还没到达目标楼层，这些都是要考虑的地方。而且有关线程安全的测试也更加困难，不一定会引起错误而且具有不可再现性，需要在设计中考虑周全并进行多次测试。

6.2 设计原则

本单元的设计方面现实性比较强，易从实际角度分析电梯的调度要求，可能出现的各种情况等，功能的设计方面思考起来比较容易。在设计原则方面，由于功能的复杂总体较低，有些原则没有顾全，例如单一责任原则，本身电梯需要完成的调度还算比较简单，所以没有分离设计，对更复杂功能的程序实现是存在问题的。而基本上没有使用继承、抽象等，无法体现里氏替换原则。本单元只是对多线程设计的简单初探，之后的更多要求更加复杂的设计中需要更加考虑到SOLID原则才能使程序具有更好的健壮性和扩展性，符合工业化的要求。