2022-OO-Unit2
2022-OO-Unit2
一、架构分析
第一次作业
在写第一次作业时，我对多线程了解程度还不是很深，并且清明假期有点浪，导致最后一晚在赶ddl。所以第一次作业的架构基本借鉴了上机实验的代码（甚至变量名都没变）。
程序中的共享对象为RequestQueue，这是唯一的共享对象。我认为这是实验代码最有亮点的地方，它把程序中的共享对象封装为一个类，这样就可以无脑在这个共享对象类里加synchronized关键字了。
InputThread线程获取输入，得到请求队列waitQueue。之后Schedule线程获取waitQueue，将其分配给各个Elevator类对象。之后各个Elevator实例对象将Schedule分配来的请求进行运送。
第二次作业
第二次作业由于加入了水平电梯，并且扩大了电梯的数量。所以我在第一次作业的基础上进行了扩展（扩展力度近乎重构）。
第二次作业较第一次作业而言，保留了InputThread、Output与PersonRequestQueue类，添加了电梯请求队列类ElevatorRequestQueue类,重新修改了Schedule类，添加了ElevatorAdder类，添加了楼座类VerticalElevatorGroup类，添加了各个楼层类HorizontalElevatorGroup，并添加了垂直电梯VerticalElevator类与水平电梯HorizontalElevator类。
InputThread读取所有的输入请求，得到乘客请求队列personWaitQueue和电梯请求队列elevatorWaitQueue，Schedule将personWaitQueue调度至各个楼座VerticalElevatorGroup和楼层HorizontalElevatorGroup，ElevatorAdder根据输入发出的elevatorWaitQueue将电新梯添加至相应楼层或楼座。之后各个楼层或楼座内的电梯自由竞争Schedule调度来的乘客请求，对其进行运输。
第三次作业
第三次作业沿用第二次作业的架构，改动很少。主要有以下三点。
- 第三次作业中乘客请求发生了变化，可以“斜着走”，所以必须重写Person类。
- 此外，在第三次作业中不能通过输入为null来判断请求队列的结束，因为乘客转乘会带来新的请求。即请求除了从输入中来，还可以从请求中来，也就是从电梯中来。所以我加入了Counter类，内置一个请求计数器。每从输入中得到一个请求，计数器加一；每当乘客到达最终目的地，计数器减一。当计数器为0时，表示所有乘客均到达目的地，可以结束所有线程了。
- 在每个VerticalElevator中加入所有的HorizontalElevatorGroup，这样乘客在离开垂直电梯之后，如果还未到达目的地，可以继续将请求添加至对应的HorizontalElevatorGroup。同理，也需要在HorizontalElevator中加入所有的VerticalElevatorGroup，使得乘客离开水平电梯后，若未到达目的地，可以继续将请求添加至对应的HorizontalElevatorGroup。
二、锁的使用和同步块的选择
第一次作业
第一次作业的共享对象全部是由RequestQueue类的对象。所以只需要在RequestQueue类内的方法添加synchronized即可。在需要修改RequestQueue对象状态的方法中添加notifyAll()语句，用来通知别的线程“各位可以醒醒了，我这边状态更新好啦，你们可以尽情地读写我了”。
谨记：如果对共享对象读而不写的话，只加synchronized，不需要加notifyAll()，如果加了可能会轮询。
第二次作业
第二次作业中的共享对象比第一次作业要复杂一些（因为我的架构更复杂了）。
共享对象分为三类，乘客请求队列、电梯请求队列与电梯。
在这次作业中我使用了读写锁，即ReentrantReadWriteLock，通过调用读写锁，减少了synchronized关键字的使用。但是有一个问题，由于java语法限制，需要notifyAll()的地方必须加synchronized关键字，这样使得我最后还是在很多地方加了synchronized（捂脸）。
InputThread与Schedule、ElevatorAdder共同读写乘客请求队列personWaitQueue和电梯请求队列elevatorWaitQueue。ElevatorAdder和Schedule共享各个楼层楼座的Elevator对象，其中ElevatorAdder只写不读，Schedule只读不写。Schedule和各个楼层楼座共同读写楼层楼座内的PersonRequesetQueue对象。
所以我在每个RequesetQueue类中加入两把读写锁，一把锁用于对isEnd成员的读写，另一把锁用于对ArrayList<Requeset>对象的读写。两把锁不能混用。当一些语句需要读时，调用lock.readLock.lock()与lock.readLock.unLock()方法将其锁住；当一些语句需要写时，调用lock.writeLock.lock()与lock.writeLock.unLock()方法将其锁住。
第三次作业
第三次作业在第二次作业基础上，添加了一个全局共享对象——计数器，即Counter类，其内置一个int型变量，用于记录当前程序还需处理的请求数量。采用单例模式创建，并在读写操作上添加synchronized关键字，保证线程安全。只有计数器为0时，各个电梯线程才能结束。
三、调度器设计与分析
第一次作业
第一次作业的调度比较简单，只涉及schedule将请求分配给每个电梯的调度以及电梯内部调度算法。前者比较简单，将该请求加入对应楼座的请求队列即可；后者我第一次作业中使用了als算法，没什么新奇的点，便不再赘述。
第二次作业
第二次作业添加了横向请求。这就要求schedule在原有基础上，将横向请求添加至对应的横向电梯的对应层。并且由于每个楼层楼座由多部电梯，需要将每个楼层、楼座内的乘客调度给电梯，在这个地方我选择了自由竞争，因为这样最简单（捂脸）。
此外由于加入了横向电梯，需要设计横向电梯的调度算法。
我的横向电梯调度算法如下：没有乘客时，电梯不动。有乘客出现时，前往乘客所在的楼座。之后便仿照look算法，有正向乘客时电梯正向走，没有正向乘客时电梯反向走。
其中根据请求的起点和终点判断电梯运行方向的算法如下：令tmp为**(((destination - start) % 5) + 5) % 5**，如果**tmp % 5 != 3 && tmp % 5 != 4**，电梯正向走，否则，电梯反向走。这个表达式由人工智能专业的舍友在中国剩余定理的基础上提出，在此我不得不感到数学是真的强大。
第三次作业
第三次作业的调度完全采用指导书中的基准策略，没什么新奇的点，便不再赘述了。
四、程序bug
第一次作业
进出门顺序搞反
正常的电梯逻辑应该是先出后进，但我在第一次作业中写成先进后出了，inDoor()和outDoor()方法顺序写反了，导致强测wa了一片，让我悔不当初，其实也怪我自己没有好好观察输出，没发现电梯开关门期间会超载。
安全输出类
输出线程的安全问题最初真的没有考虑到。在讨论区学习后，才意识到这个问题。具体做法：建立Output类，将官方输出作为静态成员变量，并加上synchronized关键字，保证程序在任一时刻仅有一个官方输出类在输出，保证了输出的时间戳为递增的。
第二次作业
电梯反复横跳
在第二次的循环电梯中，由于对各种上下电梯情形考虑不周，导致电梯没能在该停的地方停下，乘客没能在该进电梯的时候进去。不过这种bug是可以复现的。学了多线程，我才明白：可以复现的bug都不叫bug！
第三次作业
中转横向电梯的判断
在第三次作业中，我有一些点超时。我最初以为是死锁，但经过Jprofiler的分析后，发现根本没有产生死锁。是因为我把请求放到了错误的中转楼层，导致乘客进不了电梯，从而超时。
正确的做法是看该楼层是否存在一部电梯，该电梯可以在起点楼座和终点楼座停车，但我错误地写成了判断该层是否存在一部电梯，该电梯可以在起点楼座停车 && 是否存在一部电梯，该电梯可以在终点楼座停车。。。。
错的很彻底，血的教训。
五、互测
第一次作业
由于清明假期，第一次作业的互测时间调整到了4月6日。那天是我返校的日期，一整天都比较忙。所以没有参加互测（捂脸），所以不再多说了。
第二次作业
第二次互测中，我构造了一些数据点，包括“在短时间内输入大量请求”测试输入和一级调度器的稳定性，“短时间内在同一楼座输入大量请求”测试各个楼座二级调度的稳定性
第三次作业
第三次互测当天由于参与学院组织的活动，没有在互测上下很大功夫。只提交了两个随机生成的数据点。
六、心得体会
这一单元的作业难度之前早有耳闻，电梯惊魂夜等词语也听了好多。确实这一单元的作业难度很大，但我认为有了实验代码的帮助，在初次编写程序时并不是很困难。
线程安全
这一单元最难的在于对多线程的理解以及共享对象的选择、对共享对象的保护。这些其实说来简单，“只要这个对象共享了，并且有多个线程访问，至少一个线程对其进行了修改，就上锁”。至于上什么锁，可以使用synchronized关键字，也可以使用ReentrantLock，甚至是ReentrantReadWriteLock。其中使用后者的要求是要分辨清楚这个操作对共享对象是读还是写。
层次化设计
共享对象的层次化很重要。在后两次作业中，我将共享对象分为两级，各个楼层和楼座共享输入请求队列；每个楼层和楼座内的电梯共享本楼层楼座内的请求队列。这样设计可以保证较高的可扩展性，并且在改bug的时候也较容易一些。
虽然最终成绩不怎么样，但是在这一单元我学习到了很多知识，其中包括读写锁的使用、Runnable接口的使用等。最终学到知识才是最重要的！
