第一次作业

1、线程安全

由于写第一次作业时刚刚学完多线程，理解不透彻，生怕出错，于是就直接暴力synchronized，凡是访问共享数据地方全都用同步代码块，且同步块的范围很大。

如上图，这是电梯线程类的run方法，其中synchronized块套住了while(true)内电梯的整个决策部分，只剩下电梯状态的执行过程（开关门、移动）没在同步块中。锁对象是电梯自身的等待队列。
输入线程和调度器线程中同步代码块的设置类似。

这样的好处是电梯线程对其等待队列的访问绝对线程安全，因为可能访问table(等待队列)的代码全都在同步块中（决策过程）。

坏处显而易见，整个程序到处都是synchronized块，可阅读性、可维护性非常差。且由于synchronized块过大，以上面的电梯线程为例，整个决策过程中，电梯线程一直占用锁，此时调度器线程无法向table(等待队列)中写入乘客，并发性、性能较低，而实际上电梯的决策过程中只有一部分访问了table。

2、调度器设计

电梯运行策略采用的是标准的ALS算法

由于第一次作业只有一部电梯，调度器只需将总队列的乘客，全部原封不动的传输给电梯的等待队列即可，并在输入结束且总队列为空后，将end信号传递给等待队列。本次作业中电梯的等待队列是定义在main函数中的，并未封装成线程安全类，仍需用synchronized块确保对等待队列的读写是线程安全的。

3、bug分析

本次作业未出现多线程相关bug。

被强测和互测测出了一个逻辑bug，在Random策略中，电梯在开门后判断乘客能否上电梯时，因逻辑错误，导致主目标可能会在错误楼层进入电梯。（本次作业为ALS捎带策略）。
这一bug与我if else逻辑混乱直接相关，因为我写算法非常不熟练，if else是想到一点写一点，没有完整的逻辑链，很大概率会被特殊情况hack，在被hack后，我不仅重写了此处的判断逻辑，还修改了其他策略的判断逻辑，让if else能形成逻辑判断链，确保后面的if是基于之前的if逻辑、覆盖所有可能性，既提高可读性又提高鲁棒性。

第二次作业

1、线程安全

基于上次作业中同步块的设置缺点，我在本次作业中将table(等待队列)封装成类，并配置访问方法，所有有线程安全问题的方法都加上了synchronized，并在table中设置了保证线程安全的遍历方法（直接拷贝ArrayList并返回给调用者），还将原本位于电梯线程中判断是否终止电梯线程、电梯线程wait的逻辑放入table类中(这个增加了电梯与等待队列的耦合)。

最终清除了电梯类和策略类中所有的synchronized块，同步块中的内容大幅减少，可读性、可维护性、并发性大幅提升。当然加锁、释放锁也更加频繁了，由此也会带来性能开销，此问题将在下一次作业得到一定程度的解决。

由于本次作业出现多台电梯，每台电梯都对应一个电梯线程对象和等待队列，为方便管理，我设置了ElesAndTables类，其中存放着所有的电梯对象和电梯等待队列(各个Elevator和Table对象)，并将该类也设置为线程安全类。

2、调度器设计

现在看来这次，作业的调度设计，从性能上讲，很糟糕，梯与乘客的距离、电梯内与其等待队列的人数等因素，通过一个方法，为每一个乘客对每一个电梯都计算出一个权重，找到对应权重最大的电梯，然后将该乘客加入此电梯的等待队列，再计算下一个乘客... 从性能角度考虑，我的调度器有如下缺点。

1. 不能确定电梯能否捎带乘客

   ​ 这次作业中，对于电梯运行策略，我仍然采用的是ALS捎带策略，这使得在调度器中，不能通过电梯运行方向、人数和乘客信息判断能否捎带，还需要从电梯的策略类中获取到目标乘客，而策略类会不时修改这一目标乘客，这就有线程安全问题，就要加锁了，复杂度、耦合度可想而知。而且目标乘客还有可能是null，导致算法失效。理论上，效率较高的调度策略，应优先考虑能否捎带，再考虑其他因素，所以有在调度器不能判断捎带的缺点。

2. 其次是各个因素间的权重难以决策
   电梯内人数、电梯等待队列人数、电梯距离乘客的距离、能否捎带等等因素之间的权重该如何分配？哪个因素应起到更大的作用？难以把握。

3. 我的调度器只平衡人数、距离，只有宏观调控，而没考虑捎带
   一个乘客能否被捎带、捎带的较优运输方案，往往在其被输入时，仅靠一次调度决策，难以判断出来，而我的调度器会在乘客输入后，立刻将乘客分配到某一电梯的等待队列，其他电梯都无法感知到这名乘客，显然这一决策过程是静态的的、过于宏观的，只能用于平衡人数。所以不少情况下，等待队列中的乘客实际上并未被合理分配。

对于第一个缺点，我在下一次作业中进行了处理，将电梯策略类中目标选取策略、捎带策略全部改为类似look算法的模式（但“主目标”这一设定不能改，毕竟引导电梯运行还是要靠目标乘客），并加入isUp布尔变量以供查询电梯运行方向，就可以不管目标乘客，而只根据电梯运行方向、所在楼层、乘客信息来判断能否捎带。

针对第二、三点缺陷的可能解决方案（前提是缺点一已经解决）

1. 只将判断为可捎带的乘客放入决策出的电梯的等待队列，其余无法判断的乘客就先留在总队列里，乘客绝不会进入没有空位的电梯的等待队列（“没有空位”指电梯内人数和等待队列人数之和等于电梯容量）。
   这其实就是在模拟“电梯选乘客”的思路，相当于将调度器和*竞争策略相结合（或者说在*竞争策略上，加个调度器和等待队列，避免电梯赛跑，同时使竞争拥有更加全局的调度视角），毕竟谁也没说过调度器就只能“乘客选电梯”。

   ​ 还可以理解为，捎带决策的前移，即原本电梯线程中，策略类的捎带操作，被前移到了调度器中，让乘客经历的第一次调度就考虑了捎带因素，电梯就只负责消耗乘客了。

   ​ 但假如不同电梯有不同的捎带策略，那这一方案扩展性较差的缺点就暴露了，因为调度器只有一个，将调度器与捎带绑在一起，则意味着捎带策略也只能有一个了，但是这可通过细化调度器职责，将调度器判断捎带、状态管理、分配乘客等任务分成几个类来解决。

2. 每过一段时间或因某条件触发，将每个电梯的等待队列里的乘客取出到总队列中，再次让调度器执行调度算法进行调度，以破除调度器一次性分配的静态特性，实现动态调度。实现难度较大

由于我精力有限，下次作业中只是将原先的ALS算法修改的很像LOOK算法（LOOK比ALS快一些），未能对此调度器进行修改，调度器仍未尝试判断能否捎带，因为在上述提到的三个缺陷中，缺陷2和3无法解决，就算将捎带因素加入调度策略，对调度效率的提升效果也不大。

3、bug分析

本次作业在强测、互测、同学的评测机上均未被测出bug

第三次作业

1、线程安全

本次作业中ElesAndTables类被大幅增加内容，其作为最复杂、被访问最频繁的共享对象（从后面的协作图即可看出），若仅仅采用synchronized块来确保线程安全，显然并发度较低、效率较低，因为synchronized块是互斥锁，读-读之间也互斥，但读与读之间并没有安全问题。
鉴于此问题，我在此次作业中，将ElesAndTables类中的同步代码块全部换为了读写锁。

2、调度器设计

我的调度器采用的是最简单的静态换乘，思路是先分类再找电梯。

• 首先按照乘客的起点和终点为乘客安排电梯的类型。比如，3-16层的乘客，我会先将其分配到C类电梯运到18层，然后由A类电梯往回运两层。又比如5-14层的乘客，会先用B类电梯运到13层，再由A类电梯运到14层。一般情况下，若乘客能用B类或C类电梯直达，就不会换乘了。

• 当然调度器也包括应对特殊数据的缓冲措施，其实就是一堆特判。比如一次性给了30个3到18层的乘客，肯定不能只让C类电梯运，其他电梯围观看戏。当C类电梯的人数是B类电梯的2倍时，就会把C类后续乘客交给B处理。C对A类、B对A类、A对B类均有类似处理，就是为了避免电梯看戏的情况。

• 确定乘客的电梯类型后，利用上次作业的调度器方法（这应该就是开闭原则吧），在该类型的所有电梯中选择出一个合适的电梯 ，将乘客放入其等待队列。

但换乘是有代价的、大量特判是很危险的，比如输入只有从1-16的一名乘客，B类电梯会把乘客运送到15层，然后A类电梯再从1层跑去15层去接乘客，最后A类和B类都跑了一趟，而且是A类等到B类到达才出发，这比直接用A类运送还慢得多。

解决办法即是减小换乘的力度，一般情况下，奇数到奇数的给B类，奇数到偶数、偶数到奇数都交给A类。如果发现A类人数与B类人数的比值小于某一数值，则也把奇数到奇数的交给A类。若B类比A类闲的多，则把奇-偶、偶-奇的乘客交给B类处理。毕竟，论运力，A类电梯没比B类慢多少，虽然速度慢，但运载量大。

缺点也显而易见，除了我在上面第二次作业指出的调度器缺陷，“静态换乘”也会导致不少无效甚至负优化的换乘，理由同样是因为乘客刚输入，难以一次就能判断出合理的换乘路线。

3、可拓展性分析

• Random策略在优化后也支持Night模式最优解，同时考虑到个人能力不足，Morning策略优化起来效果不佳，为确保正确性，本次作业只用Random一个策略，损失性能
• 没有采用动态换乘，因为本人能力有限，太容易出错，牺牲性能换正确性
• 为了能实现换乘，策略类的父类调用了调度器也会调用的方法，该方法位于调度器线程和电梯线程的共享对象中，相当于在换乘时，策略类中又调度了一次，这无疑增加了耦合度，影响可拓展性
• 由于调度器中用了大量的if else来尽可能特判，若电梯规则有所变化，这些特判很可能需要重写，可扩展性极差。
• 捎带决策过程仍交给电梯线程的策略类处理，调度器只负责宏观的电梯人数、距离平衡，用性能换简单、正确性。
• 电梯的构造方法包括很多参数，虽然看上去很复杂，但当输入的电梯参数是动态的、不确定的时候，我只需将构造方法的一部分参数放到输入端口就行。
• 如果修改电梯楼层上下限，比如改到20层以上，或者负数层，我完全无需修改任何代码，因为电梯怎么移动是根据乘客，只要输入合法，电梯移动就合法。
• 由于不存在synchronized块到处飞的情况，将容器都封装成了线程安全类，就算架构有所变动，出线程安全问题的几率也较小
• 从协作图即可看出，输入线程、调度器线程、电梯线程间均有共享对象隔开，耦合度较低，不至于略微修改代码就"动全身"
• 由于采用了状态模式，对电梯状态的管理非常简洁容易，就算电梯新增一些奇怪行为，比如突然停电宕机、坠梯等，也就是新增状态类而已，仍然能保持清晰的状态转移逻辑
• 由于策略类独立性较高，电梯线程可以支持动态切换策略
• 未使用工厂类，在创建对象时，创建过程与所在类的耦合性较大

4、bug分析

本次作业未被强测hack，但在互测中被hack，原因是java 1.7 后Collections.sort()方法所需要的比较器，必须要在两元素相等时return 0，否则会可能抛出异常。

心得体会

通过本系列作业的学习，我理解了多线程的基本概念，深入学习了生产者-消费者模式，掌握了基本的线程安全控制、通信技巧（内置锁、逻辑锁、读写锁），学会使用“状态模式”简化对多状态的管理。对“层次化设计”有了更为深入的理解。锻炼了业务分析能力。