北航面向对象2022第二单元总结（Elevator.exe已停止运行…）

您的电梯已停止运行（NO！）

这里是BUAAOO第二次单元作业总结博客。第二单元是BUAA的电梯模型，今年的电梯比起往年看起来友好很多。在第五次作业上手时，因为是第一次搭建相关逻辑，并且对于多线程构造和运行状态处于懵懂阶段，可能会遇到一些麻烦。（看到往年第一次的作业是傻瓜电梯的时候，我还在想今年的电梯上手真困难）不过在第六、七次作业中，一些增量迭代显得不那么困难，仅仅只是从单纯的纵向电梯转为了横纵交错的电梯，最后实现了可换乘的电梯运行mode。总而言之，三周的作业写的十分充实，并且让我感受到了多线程别致的“魅力”。

HW_5

本人的三次电梯架构基本完全基于第五次作业的base，即使增量也没有进行大规模的重构。因此在这里，我先进行电梯整体架构设计的阐述。

同步块选择及锁的设计

首先是同步块的设置和选择，在没有参考实验代码时，我尝试自主设计同步块和有关锁，然后在自信满满地上交后，发现电梯光荣地死锁了。之后，我好好研究了一下第三次实验的代码，发现一个很有意思的事情：所有的操作线程wait和notify的内容都放在了RequestQueue中，在这样的设计下，同步块和锁集中于此，各个线程相当于把这里作为了一个公共空间，在想要访问该内容时便采取“等待”、“进入”、“使用完让行”的操作。这样的设计可以很好地满足线程安全的原则，并且也能解决我的设计问题。因此，我将每个电梯内的服务队列所在类设置为同步块集中区，并且使用synchronized关键字进行互斥维护，此时，对每个电梯来说，线程安全就得以满足。

调度器设计

在任务分配，也就是调度器方面，我直接用主线程来进行任务的输入操作，并没有单独的设置一个新的线程来进行处理。任务的处理以及调度的策略集中存放在TaskTower这个类内，用任务塔作为一个中介，将任务由输入线程转入电梯运行线程。

整体框架

首先是hw5的UML类图：

由于第二单元刚开始，大家提到生产者-消费者模式比较多，因此我也对应着做了一点调整。具体来说，输入作为生产Passenger，也就是任务的生产者；电梯内Strategy存有待做任务和正在做的任务，对应两个队列，电梯运行时会获取内部的Passenger加以送达，也就是任务的消费者。具体到电梯内部运行，和标准流程一样，用ALS策略，在上升下降的过程中，如果电梯没有人，就指定在本电梯外部等待的第一个Passenger为主任务对象，以它为目标。如果内部存在任务，就更换主任务对象为内部第一个存入的任务。

程序BUG

本次在公测互测中分别出现了一个bug，一个对应线程永久等待不会结束的问题，导致最后rtle。主要原因是在输入线程结束，setEnd位时，没有处理好互斥原则，导致设置End位在等待以前结束，而唤醒结束后才进入wait。另一个对应输出线程不安全的问题，导致时间戳获取与实际输出顺序颠倒。

由于第一次互测经历了重测，我在互测中总共发现了其他人的两个bug，刚好对应我自己的两个问题（同组人没想到也犯了一样的错误）。在互测中，我自己使用数据生成器生成数据来进行hack，不好构造数据时，压力测试还是很好的选择，毕竟没有重测之前，本组就只有我测出了一个bug。

HW_6

第六次作业主要增加了在楼座间可以循环运行的横向电梯，以及可以新增电梯的操作，需要采用新的设计思路来管理。但总体上来说，可以和hw5采用一样的方法来处理。

调度器增量

由于我们需要满足新的请求：增加电梯请求。因此，我们要在调度方面采取一定的策略来选择新加入的电梯。我并没有采用电梯自由竞争的方式，而是按照课程组给出的标程，直接顺序循环遍历可以处理任务的电梯，保证均匀分配。事实证明，在强侧中我使用标程也取得了很不错的效果，不仅完全不存在超时的问题，在个别任务上还达到几乎满分的速度。

框架升级

接下来是hw6的UML类图：

可以发现，我改进了电梯管理类来方便新增的电梯管理。这里主要谈一谈新增横向电梯的设计策略。总的来说，从UML图中也可以看出，我设计时基本参照了纵向电梯的设计思路。主要区别在于，横向电梯把顺时针看作上升，把逆时针看作下降。同时，用起始楼座之差的绝对值和符号来判断向哪个方向走最近。具体如下：

boolean upOrDown = !(endID - stID > 2 || (endID - stID <0 && endID - stID > -3));


程序BUG

本次在公测互测中没有出现bug，本次测试中，同组的大家基本都考虑到了第一次出现的各种线程安全问题，并且在线程结束方面也下了狠手。并且新加电梯的个数有限，不太容易发现bug。我还是采用随机生成数据的方式来进行hack。但是我采用了“新的实践方式”，我把自己前几版错误的代码拿出来进行错误代码认证，并且将产生错误的生成数据归纳到对应的bug下。果然“实践是检验真理的唯一标准”。

HW_7

第七次作业主要增加了电梯可设置参数的要求，以及乘客可以跨楼座跨楼层移动的请求。实际上前者在我们的设计中很好体现，只需要添加对应的参数输入即可。后者我虽然参考了课程组给出的流水线代码，但是实际上做出来是一个分段式的三段请求链结构，分成纵向—横向—纵向来进行任务运行。

调度器改进

由于我们需要满足电梯换乘，在我的设计中，我在调度器中增加了换乘逻辑。具体来说，我将请求分为两部分，一部分对应直上直下的固定请求（hw5），一部分对应跨楼座的请求。对于后者，每当有新任务进入调度器，就分析在何处跨楼层，并让乘客记住自己将换乘的电梯及楼层，并进行任务投喂。（我不是采用的电梯获取请求，而是调度器投喂请求的方式，也就是不会自由竞争，单纯进行均衡分配）

框架进一步升级

接下来是hw7的UML类图：

可以发现，我改进了电梯管理类来方便换乘时的电梯管理，并且增加了一个单例对象来方便换乘。事实上，对于乘客来说，如果需要换乘，他总共会有三个运动阶段，在每一次被投喂给电梯前，我会先更新乘客的运行状态，修改好起始、终止楼层，起始、终止楼座。因此，当所有阶段完成后，乘客就会被移除任务清单。

另外值得一提的是，我借鉴了实验exp4_2中的请求清算结束方案，在输入线程结束输入任务后，被视为新的结算线程运行。每当有乘客请求投入时，RequestNum自增1，每当类似上述所说的乘客被移除任务清单后，触发任务结算，并将RequestNum自减1，最后，所有任务都被处理完，并且输入的线程显然也消亡了，就会触发整体模块的结束，顺利退出程序。

我们把最后设计好的情况的四个时序图展示如下，分别对应主线程（启动线程）、输入调度、以及横、纵电梯的运行逻辑，最后是请求结算逻辑。

程序BUG

本次在公测互测中出现1个bug，但我自己在之后又整理出一个bug.前者是致命性bug，由于单元测试不充分，发现只要来同座运输请求（hw5），就会由于强行调用第二部分的方法导致空指针异常（很心痛，很值得反省）。后者是由于换乘导致的线程互斥问题，主要是对于迭代器遍历同时修改，造成了不可知的影响。

在互测中，我针对代码运行逻辑试图卡运行时间来hack，构造了边界情况：在输出截止时间输入最大数据量最远抵达路径的乘客。成功造成了两次hack；另一方面，和hw6一样针对自己的代码生成了错误数据代码，又造成了两次hack。最后总计造成了4次不同的逻辑hack，有比较好的效果。

心得体会

通过本单元学习，可以感受到助教们的满分热情（bushi）。我们在第一次作业就直接采用ALS策略电梯，构建起对多线程的整体框架认识，快速上手。后面两次作业看似加了不少新内容，但做起来也并不复杂，只要有了第一次作业迈上台阶的基础，就能很好地处理多线程中的各种问题了。（被hw5暴露的各种bug很好地让我认识了多线程中可能出现的各种问题）

另外，我本人不太擅长自己构建一些新鲜的策略算法来进行处理，于是按照课程组给出的标程逻辑一步一个脚印走完了全程。总的来说，由于多线程调度的不确定性，我使用标程的代码最终取得的效果并不赖，完全不存在超时的问题，也从未产生过轮询的现象，没有出错的得分点分数也不错，这让我感到一丝丝自己完成一份任务的成就感。

撰写本总结博客时，回味整个月的思考、迷茫、再建、讨论、测试、修复，真是百感交集。留下的，不只有经验教训，更有继续勉励的信心。

“精感石没羽，岂云惮险艰。”OO课程已过半，后面就，再接再励吧。