Simpy基础系列——基础Resource对象的用法

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案例背景

在用simpy仿真过程中，有些对象具有竞争性和排他性，在实际中往往称为资源，例如原材料（接近）无穷，而产能有限的情况下，生产设备就被视为资源。在仿真环境中，可以把这种容量有限，具有竞争性的资源建模为 $Resource$ 对象，当资源被占满时，请求服务的对象只能进行等待，当资源有空缺时，才会对请求服务的对象进行处理。

假设现有一个充电站，充电站内只有两个充电桩，当有电动车来充电时，有空闲的充电桩则可立马充电，若无则需要进行等待，直至有充电桩可用，其中，等待充电的电动车按先到先服务的原则，按序占用空闲出来的充电桩。

示例代码

request & release 的形式

在simpy中，我们将上述例子中的充电站建模为 $simpy.Resource$ 对象，容量设置为2（充电桩2个，可同时为两辆电动车充电），示例中我们假设每2个单位时间来1辆电动车，电动车充电需要5个单位时间，代码如下：

import simpy

class City(object):
    def __init__(self, env, num_bcs, num_car):
        self.env = env
        self.bcs = simpy.Resource(env, capacity=num_bcs)
        for i in range(num_car):
            env.process(self.car(name='%d号车' % i,
                                     driving_time=i * 2,
                                     charge_duration=5))

    def car(self, name, driving_time, charge_duration):
        yield self.env.timeout(driving_time)
        print('%s 到达充电装桩 %d' % (name, self.env.now))

        req = self.bcs.request()
        yield req
        print('%s 开始充电 %s' % (name, self.env.now))
        yield self.env.timeout(charge_duration)
        print('%s 充电完成 %s' % (name, self.env.now))
        self.bcs.release(req)

env = simpy.Environment()
city = City(env, num_car=4, num_bcs=2)
env.run()

上述代码船创建了4辆电动车对象，并为每辆电动车创建一个 Process 事件，分别对应4个事件生成器 car()，生成器的逻辑为：当电动车到达充电站时，会向充电站发出请求 request()，当请求得到回应，说明充电站有空闲充电桩，此时该电动车占用一个充电桩，仿真时间向前推进充电时长，充电结束后将请求释放，此时电动车离开充电桩，原本占用的充电桩被释放，等待下一个电动车来占用。

with 的形式

另一种更加紧凑的方式，就是用 with 来替代，这种形式更加常用。

import simpy

class City(object):
    def __init__(self, env, num_bcs, num_car):
        self.env = env
        self.bcs = simpy.Resource(env, capacity=num_bcs)
        for i in range(num_car):
            env.process(self.car(name='%d号车' % i,
                                     driving_time=i * 2,
                                     charge_duration=5))

    def car(self, name, driving_time, charge_duration):
        yield self.env.timeout(driving_time)
        print('%s 到达充电装桩 %d' % (name, self.env.now))

        with self.bcs.request() as req:
            yield req
            print('%s 开始充电 %s' % (name, self.env.now))
            yield self.env.timeout(charge_duration)
            print('%s 充电完成 %s' % (name, self.env.now))

env = simpy.Environment()
city = City(env, num_car=4, num_bcs=2)
env.run()

这种 with 形式与前一种形式的区别是不用额外对请求进行释放，有点类似于用 with 打开文件而不必把文件进行 close 的逻辑一样。这里电动车到达充电站之后，发出充电请求，当请求被响应时，电动车占用充电桩，仿真时间向前推进（充电时长），结束后自动释放 request，完成充电。

两种形式的代码是等价的，运行后打印的结果为：

0号车 到达充电装桩 0
0号车 开始充电 0
1号车 到达充电装桩 2
1号车 开始充电 2
2号车 到达充电装桩 4
0号车 充电完成 5
2号车 开始充电 5
3号车 到达充电装桩 6
1号车 充电完成 7
3号车 开始充电 7
2号车 充电完成 10
3号车 充电完成 12