三次作业都采用生产者消费者的设计模式，电梯调度用了look算法。在第一次作业中，主要有电梯和请求模拟器两个线程。我在第一次作业的设计中加入了调度器，主要负责电梯和请求队列的交互，即在何时的时机从请求队列中取得请求放入调度器的内部队列中，并给电梯发送指令，故电梯运行的逻辑大部分放在调度器中，上、下、开门、关门、上客、下客，都由调度器决定。这样设计的初衷是使电梯线程的逻辑更加简洁，电梯线程只需要从调度器获取指令并照做就行。在第二次作业中，由于有多部电梯，需要分两层调度。第一次作业的调度器事实上维护了电梯内部队列，还需要一个总调度器，用于将请求分配给不同的电梯，故在第二次作业中，加入了总调度器线程，一旦请求队列有请求，就分配给电梯的内部队列。第二次作业对look算法的理解更深入了，所以对第一次作业进行了比较大的重构，将第一次作业的内外队列合并为一个队列，使得单部电梯的逻辑更为简洁，为此，电梯需要与内部队列交互，电梯的逻辑变得更加复杂。所以第二次作业有请求模拟器线程、总调度器线程、和若干电梯线程。对于请求队列来说，请求模拟器线程是生产者，总调度器线程是消费者；对于内部队列来说，总调度器线程是生产者，电梯线程是消费者。第三次作业与第二次作业类似，不同之处在于，对于转乘的请求，首先由总调度器将其拆分为两个请求，然后以乘客为元素发送给电梯的内部队列，当乘客离开电梯时，电梯作为生产者，将下一个请求发送给请求队列。
对于多线程的同步控制，我遇到的难点在于结束所有的线程。对于一组生产者消费者模式的实例，生产者的线程结束时，消费者可能处于请求队列get方法的wait中，无法自动结束。我的处理方法是，在生产者线程即将结束时，调用请求队列中的endProducer方法，这个方法首先将请求队列中的producerEnd属性置为true，然后notifyAll()，用来唤醒正在wait的进程。在get方法的wait的条件中加入&& !producerEnd，一旦生产者的线程结束，便停止wait，返回一个能够识别的返回值，如null。消费者接受到这个特殊的标志后结束消费者的线程。
可扩展性分析
在第三次作业中，我主要关注功能设计，但从最后强测结果来看，性能也还不错。第三次作业中的总调度器主要采取如下策略：
-
将每一个请求分为可直达请求和转乘请求
-
可直达请求分配给电梯型号的优先级为C A B，即如果ABC型号的电梯都能满足直达请求，优先分给C型号，然后A型号，最后B型号。这样考虑的理由是C型号停靠的楼层最少，在请求完全随机的情况下，C直达的请求是最少的。
-
转乘请求最多只转乘一次
-
转乘请求的转乘楼层需要满足乘客乘坐电梯经过的层数最少，即路程最少
-
直接将转乘请求拆分为两个请求，然后分配给第一个请求对应的电梯型号
-
如果存在多个型号相同的电梯，则随机分配给一个电梯
总体来说，没有因为过分追求性能而降低可扩展性，功能设计与性能设计的平衡性较好。事实上，对于look算法，由于输入的不确定性，要想在性能上做出显著的优化是很困难的。我的总调度器并没有对期望的时间进行任何的计算，也没有获得任何电梯的运行信息，只是做了一个简单规则与随机因素结合的分配策略，剩下的留给电梯线程自己去跑。
由于第二次作业进行了比较大的重构，第三次作业的可扩展性已经有比较大的提升。
单一职责原则（Single Responsibility Principle）
这次作业中，我引入了很多的类，将功能细化，职责进行分派。比如将电梯类中的内部队列，轿厢，门，型号信息独立成类，然后再组装成电梯。存在缺陷的是总调度器类，其中有将近一半都在做请求的分类，拆分的事，其实将请求的解析和拆分放在一个独立的类里会更好，这是我在设计时没有考虑周全的地方。
开闭原则（Open Closed Principle）
这是我觉得我欠缺的地方，也是我觉得比较难做到的地方。每次遇到实际问题时，往往会直接上手，缺少抽象的过程，导致代码的灵活性受限，随意我常常遇到某一部分要重构的问题。第三次作业由于不同的类功能分开，一些类的职责较为确定，所以开闭原则比前面的作业要更加满足。
里氏替换原则（Liskov Substitution Principle）
这次作业我设计了电梯类型这个父类，ABC三种电梯类型构成子类，没有重写父类的方法，所有的使用场景都用的子类，所以这条原则得到满足。
迪米特法则（Law of Demeter）
由于采用生产者消费者模式，所以说满足迪米特法则。
接口隔离原则（Interface Segregation Principle）
生产者消费者模式中，类之间只进行必要的交流，没有多余的接口，基本满足接口隔离原则。
依赖倒置原则（Dependence Inversion Principle）
我的理解是依赖倒置原则强调抽象，在抽象间进行交互，在本单元作业的情境下没有具体的体现。
程序结构分析
第三次作业的分析如下
| class | OCavg | WMC |
|---|---|---|
| elevator.debug.MyDebug | 1.0 | 3.0 |
| elevator.elevator.AnsweredQueue | 3.125 | 25.0 |
| elevator.elevator.Container | 2.0 | 18.0 |
| elevator.elevator.Direction | 2.0 | 2.0 |
| elevator.elevator.Door | 1.0 | 4.0 |
| elevator.elevator.Elevator | 2.1666666666666665 | 39.0 |
| elevator.elevator.elevatortype.ElevatorType | 1.0 | 11.0 |
| elevator.elevator.elevatortype.ElevatorTypeA | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.elevatortype.ElevatorTypeB | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.elevatortype.ElevatorTypeC | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Factory | 4.0 | 4.0 |
| elevator.elevator.SubQueue | 1.2727272727272727 | 14.0 |
| elevator.ElevatorPool | 2.0833333333333335 | 25.0 |
| elevator.end.End | 1.0 | 7.0 |
| elevator.Floor | 1.2857142857142858 | 27.0 |
| elevator.MainClass | 5.0 | 5.0 |
| elevator.Passenger | 1.2 | 12.0 |
| elevator.RequestType | 1.0 | 20.0 |
| elevator.Scheduler | 5.5 | 44.0 |
| elevator.UnansweredQueue | 1.3333333333333333 | 8.0 |
| Total | 271.0 | |
| Average | 1.7597402597402598 | 13.55 |
| method | ev(G) | iv(G) | v(G) |
|---|---|---|---|
| elevator.debug.MyDebug.debug() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.debug.MyDebug.Elevator() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.debug.MyDebug.Scheduler() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.AnsweredQueue.addPassenger(Passenger) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.AnsweredQueue.AnsweredQueue(String) | 1.0 | 2.0 | 2.0 |
| elevator.elevator.AnsweredQueue.End() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.AnsweredQueue.getDirectionWhenIdle(int) | 7.0 | 10.0 | 12.0 |
| elevator.elevator.AnsweredQueue.getPassengers(int,Direction,int) | 1.0 | 7.0 | 7.0 |
| elevator.elevator.AnsweredQueue.hasGetInRequest(int,Direction) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.AnsweredQueue.hasMoreRequestInDirection(int,Direction) | 6.0 | 4.0 | 6.0 |
| elevator.elevator.AnsweredQueue.isEmpty() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Container.addPassenger(Passenger) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Container.Container(int) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Container.dropPassengers(int) | 1.0 | 3.0 | 3.0 |
| elevator.elevator.Container.getPassengers() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Container.hasDropRequest(int) | 3.0 | 2.0 | 3.0 |
| elevator.elevator.Container.isEmpty() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Container.isFull() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Container.margin() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Container.noMoreRequestInDirection(int,Direction) | 6.0 | 4.0 | 6.0 |
| elevator.elevator.Direction.reverse(Direction) | 2.0 | 1.0 | 2.0 |
| elevator.elevator.Door.Close() | 1.0 | 2.0 | 2.0 |
| elevator.elevator.Door.Door(int,int) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Door.isOpen() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Door.Open() | 1.0 | 2.0 | 2.0 |
| elevator.elevator.Elevator.acceptPassenger(Passenger) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Elevator.Close() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Elevator.Down() | 1.0 | 3.0 | 3.0 |
| elevator.elevator.Elevator.dropAll() | 1.0 | 3.0 | 3.0 |
| elevator.elevator.Elevator.Elevator(String,ElevatorType,UnansweredQueue) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Elevator.End() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Elevator.getDirection() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Elevator.getFloor() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Elevator.getLabel() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Elevator.getType() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Elevator.Idle() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Elevator.isFull() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Elevator.isIdle() | 1.0 | 2.0 | 2.0 |
| elevator.elevator.Elevator.loadPerson(Passenger) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Elevator.Move() | 1.0 | 2.0 | 2.0 |
| elevator.elevator.Elevator.Open() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Elevator.run() | 7.0 | 15.0 | 17.0 |
| elevator.elevator.Elevator.Up() | 1.0 | 3.0 | 3.0 |
| elevator.elevator.elevatortype.ElevatorType.canReach(int) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.elevatortype.ElevatorType.ElevatorType(ArrayList,int,int,String) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.elevatortype.ElevatorType.getCapacity() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.elevatortype.ElevatorType.getCloseTime() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.elevatortype.ElevatorType.getDefaultFloor() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.elevatortype.ElevatorType.getFloors() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.elevatortype.ElevatorType.getLowerFloor(int) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.elevatortype.ElevatorType.getMoveTime() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.elevatortype.ElevatorType.getOpenTime() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.elevatortype.ElevatorType.getType() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.elevatortype.ElevatorType.getUpperFloor(int) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.elevatortype.ElevatorTypeA.ElevatorTypeA() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.elevatortype.ElevatorTypeB.ElevatorTypeB() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.elevatortype.ElevatorTypeC.ElevatorTypeC() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.Factory.getElevator(String,String,UnansweredQueue) | 4.0 | 4.0 | 4.0 |
| elevator.elevator.SubQueue.addPassenger(Passenger) | 1.0 | 2.0 | 2.0 |
| elevator.elevator.SubQueue.hasDirectionRequest(Direction) | 2.0 | 2.0 | 2.0 |
| elevator.elevator.SubQueue.hasDownPassengers() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.SubQueue.hasUpPassengers() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.SubQueue.isDownPassenger(Passenger) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.SubQueue.isEmpty() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.SubQueue.isUpPassenger(Passenger) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.SubQueue.popDirectionPassenger(Direction) | 2.0 | 2.0 | 2.0 |
| elevator.elevator.SubQueue.popDownPassenger() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.SubQueue.popUpPassenger() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.elevator.SubQueue.SubQueue(int) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.ElevatorPool.add(Elevator) | 1.0 | 4.0 | 4.0 |
| elevator.ElevatorPool.areIdle() | 7.0 | 4.0 | 7.0 |
| elevator.ElevatorPool.ElevatorPool() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.ElevatorPool.getACount() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.ElevatorPool.getBCount() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.ElevatorPool.getCCount() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.ElevatorPool.getElevatorAs() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.ElevatorPool.getElevatorBs() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.ElevatorPool.getElevatorCs() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.ElevatorPool.getElevators() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.ElevatorPool.runAll() | 1.0 | 4.0 | 4.0 |
| elevator.ElevatorPool.setElevatorsStatus() | 1.0 | 2.0 | 2.0 |
| elevator.end.End.inputEnd() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.end.End.InputIsEnd() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.end.End.isElevatorsIdle() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.end.End.schedulerEnd() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.end.End.schedulerIsEnd() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.end.End.setElevatorsIdle() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.end.End.setElevatorsNotIdle() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Floor.abCanReach(int) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Floor.abcCanReach(int) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Floor.aCanReach(int) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Floor.acCanReach(int) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Floor.bCanReach(int) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Floor.bcCanReach(int) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Floor.cCanReach(int) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Floor.distanceOfFloor(int,int) | 2.0 | 1.0 | 4.0 |
| elevator.Floor.getFloorCount() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Floor.getFloorsAB() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Floor.getFloorsAC() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Floor.getFloorsBC() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Floor.getLowerFloor(int) | 2.0 | 1.0 | 2.0 |
| elevator.Floor.getMaxFloor() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Floor.getMaxValue() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Floor.getMinFloor() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Floor.getMinValue() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Floor.getUpperFloor(int) | 2.0 | 1.0 | 2.0 |
| elevator.Floor.isValidFloor(int) | 1.0 | 1.0 | 3.0 |
| elevator.Floor.keyToValue(int) | 2.0 | 1.0 | 2.0 |
| elevator.Floor.valueToKey(int) | 2.0 | 1.0 | 3.0 |
| elevator.MainClass.main(String[]) | 3.0 | 5.0 | 5.0 |
| elevator.Passenger.equals(Object) | 3.0 | 2.0 | 4.0 |
| elevator.Passenger.getFromFloor() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Passenger.getPersonId() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Passenger.getRequest() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Passenger.getToFloor() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Passenger.hashCode() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Passenger.hasNextRequest() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Passenger.Passenger(PersonRequest) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Passenger.Passenger(PersonRequest,PersonRequest) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Passenger.transfer() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.RequestType.getFromElevator() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.RequestType.getToElevator() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Scheduler.Dispatch(PersonRequest) | 1.0 | 5.0 | 5.0 |
| elevator.Scheduler.findBestInterchangeNumber(ArrayList,int,int) | 2.0 | 6.0 | 6.0 |
| elevator.Scheduler.getInterchangeFloor(String,String,int,int) | 4.0 | 13.0 | 13.0 |
| elevator.Scheduler.getType(PersonRequest) | 13.0 | 13.0 | 22.0 |
| elevator.Scheduler.inOrder(int,int,int) | 1.0 | 1.0 | 4.0 |
| elevator.Scheduler.run() | 6.0 | 7.0 | 8.0 |
| elevator.Scheduler.Scheduler(UnansweredQueue,ElevatorPool) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.Scheduler.waitForNewRequest() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.UnansweredQueue.addRequest(PersonRequest) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.UnansweredQueue.End() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.UnansweredQueue.getCurrentNum() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.UnansweredQueue.getRequest() | 2.0 | 7.0 | 8.0 |
| elevator.UnansweredQueue.isEmpty() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| elevator.UnansweredQueue.UnansweredQueue(ElevatorPool) | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| null.getFromElevator() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| null.getToElevator() | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| Total | 205.0 | 253.0 | 292.0 |
| Average | 1.49 | 1.83 | 2.16 |
类图
优点在于每个类的职责明确，类比较多的情况下，一个类的复杂度能得到控制。
缺点在于类之间的交互比较多，有些类的设置使得类之间有很多间接的交互。
UML时序图
bug分析
没有遇到死锁的情况，经过多次改进也消除了线程结束不了的问题。
bug寻找策略
本单元尝试了编写自动测试脚本进行随机测试，在三次作业中均找到了少量bug，具有一定的有效性，但没能发现自己的bug，说明随机下的数据也不能保证程序的正确性。
由于本单元的作业中的线程间同步和安全问题很难基于规则去针对，于是就采用了随机重复的方法，第一单元具有很多的规则，可以根据规则一一检验，往往很有效。而这一次作业则需要反复多次地测试才可能测出一些bug，在测评机中hack也未必能复现。
心得体会
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线程安全不仅仅是共享对象的访问，实际问题可能非常复杂，没有线程的模板，需要作出具体的分析，不断尝试并验证。具有线程思维真的很重要。
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