OO第5~7次作业总结

Posted 2020-11-01 jeffan

 作业5——多线程电梯

设计框架——UML协作时序图

（想看大图的话  crtl+滚轮  比较方便）

我为什么不用UML协作图（Communication Diagram），而是用UML时序图（Sequence Diagram）。

一方面，这样横平竖直的图更加直观美观。另一方面，使用Eclipse的plantUML插件能够比较方便地生成时序图。虽然从二者的区别上看：

时序图主要侧重于对象间消息传递在时间上的先后关系，
而协作图表达对象间的交互过程及对象间的关联关系。

协作图似乎能够更好地描述线程之间的协作关系，但是我发现有些软件是可以自动由时序图生成协作图的，这说明二者本质上描述的东西是一样的，只不过传达的角度有所侧重。相信聪明的你一定能够多角度看问题嘿嘿嘿~

【插播一则 eclipse的plantUML插件安装和使用方法】—— 摘自 http://www.importnew.com/24706.html

1. 安装：

PlantUML for Eclipse 插件主要用于在 Eclipse 中使用 PlantUML。在 Eclipse 的插件市场中安装，点击 Help --> Install new software --> add --> 起个帅气的name，location中输入网址:http://plantuml.sourceforge.net/updatesitejuno/  --> 其它安装操作

2. 点击“Window/Show View/Other..”，可以将 PlantUML 预览窗口面板显示出来。

然后我自己摸索了下就这样做了：在eclipse中右键工程--> New --> Untitled Text File （就是在工程文件夹下建了一个txt）。

在txt中按照一定的语法编写代码就能够在PlantUML 预览窗口中实时看到对应的时序图。像这样：

3. 所以编写代码的语法是什么呢？超简单的！

官方教程文档（中文）：

http://translate.plantuml.com/zh/PlantUML_Language_Reference_Guide_ZH.pdf

 【插播完毕，回归正题】

我的多线程电梯UML时序图：

线程总数：主线程Main + 输入处理InputHandler + 主调度器MainScheduler + 从调度器SubScheduler * 3 = 6个线程

（注：一共4个请求队列，一个大的，3个小的分别是归属于3部电梯的）

• 主线程：启动其它线程。
• 输入处理器：不断接受控制台输入，并进行分析，如果有效，则将请求放入请求队列。
• 主调度器：不断扫描请求队列中的请求。判断是否是同质请求，是则删除，不是则：判断是否能被某部电梯捎带，是则选择一部可捎带电梯并将这个请求丢给它，不是则：找出运动量最小的电梯并将这个烫手请求丢给它。
• 从调度器：不断检查自己所管辖的电梯的小队列的情况以及电梯的情况，来决定并通知电梯接下来的动作等。

设计类图

有了设计框架，就进一步细化成 设计类图：（我手动进行了删减和移位）

 

 程序度量分析——Metrics

圈复杂度大在哪？

 

嵌套块深度大在哪？ 

 

不出所料...当初写这个作业的时候没有想那么多设计上的权衡之类的问题，只是一股脑地想做出来...所以该包装的、该划分功能的地方我都有所忽略。

然后打开代码，就发现以前怎么这么丑陋啊啊啊

• 主调度器的轮廓是这样的：

• 从调度器和输入处理器比它好一些。电梯中也有些小方法是 > 形状的... 

线程安全的考虑

• 虽然3个小请求队列 是3个电梯独有的，只会被从调度器使用，但是 大请求队列是 输入处理器线程  和 主调度器线程 共享的对象，因此我将请求队列类的所有  修改或者读取队列内容的方法  都设置成同步方法。（这么一想，是不是电梯的队列  应该另做一个不需要同步的队列类 来提高一丝丝效率呢？）
• 3个电梯是  主调度器 和 从调度器 共享的对象，因此我将电梯类的所有  修改或者读取电梯信息 的方法  都设置成同步方法。
• 当时比较年轻的我还是不大放心，又在4个调度器的run方法里面的某些代码块进行了同步化。

自评优缺点和反思设计原则

• 优点：不是无效。总体框架还算清晰有逻辑。
• 缺点：（1）细节的实现没有考虑简化，只是想做出来而已...所以搞得有些复杂，导致心情浮躁课下漏洞较多。（2）主调度器做的事情有点多，应该把判断同质请求放在到 输入处理器 或者 请求队列 中。（3）没有把功能进行 划分、精细化，导致几个很大块的方法的存在，可读性、可维护性不强。
• 反思设计原则：（1）最大的问题：方法的职责不够单一、不够精细，也就是违反了SRP原则、责任均衡分配原则。（2）没有使用枚举类、全局静态变量等，不符合显式表达原则。（3）高层次的模块直接依赖于低层次的模块而非抽象，即没有考虑到DIP原则。

Bug分析

• 课下调试：（1）没有使用枚举类 而且在判断字符串是否相同的时候 直接使用了==，我真的是=.=，而且是多处如此，而且其中有一个地方忘了改过来导致没有过公测的那个权重为5的测试点真是心痛心痛心痛。（2）在主请求 从无到有、从有到无、由一个变到另外一个即升级未完成的捎带请求为主请求  这几种变化情况上，急匆匆地就搞得比较复杂，出现了一些bug，然后我静下心来重新捋一遍就好了。
• 公测：没有过公测的那个权重为5的测试点真是好心痛。
• 互测：我方安全，对方完美。
• 我栽大了。
• 顺带感谢一波laj小朋友对我的信任！

 

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作业6——IFTTT监控程序

设计框架——UML时序图

• 为什么没有输入处理器：首先，你要知道，我的程序的输入顺序是酱的：

1. 控制台接受IFTTT指令，直到输入RUN，表明指令输入结束。
2. 根据输入的指令，启动所有的相应的触发器线程，让主线程睡眠一小段时间，以便于初始化所有触发器线程和快照。
3. 创建和启动测试线程，进行一系列文件操作，来进行测试。
4. 在启动测试线程之后，主程序将等待您在控制台输入END来结束所有还未结束的触发器线程。

• 可见，输入处理器并不是一个单独的线程，所以我就懒了一把，直接把输入处理的方法都写在Main的类方法中了。
• 上图中，为了简化，就用父类Monitor 来代替 4种监控器线程，因为每类监控器做的事情类似：不断获取新的快照，并与旧快照相比，来判断是否满足触发条件并执行相应动作，以及是否满足监控器的结束条件。每类监控器的属性以及做的事情中的相同的部分，我都提取到了父类Monitor中。
• 一共有4类监控器线程，每个监控器线程以  被监控对象（某个目录或者某个文件）和 触发条件即监控器类型（4选1）作为  这个监控器线程区别于其他监控器线程的标志，也就是说 本程序的监控器线程最多有10*4个，而非10*4*3个。

 

触发条件和监控条件经过我的readme如下：（正如我上一篇博客所提到的策略，我进行了所有情况的遍历，以避免我遗漏了什么条件）

表1

表2

设计类图

再细化一下，就有了设计类图：（我手动进行了删减和移位）

 

 程序度量分析——Metrics

 

圈复杂度又是哪里大？

 

嵌套块深度又是哪里大？ 

 

• 嗯，还是老问题，没有把功能进行细分包装。
• 而且我的四个类别的监控器的run方法比较相似：我是先写完一个最难的RenamedMonitor，然后把它的bug找得差不多了，才复制到其它3类监控器中，进行部分代码的修改，这样能够尽量避免  在发现一个bug之后，不会手忙脚乱地去改4个或者2个子监控器类的代码。

 

• 【分享我这次的码代码经验】
• 首先搭了一个差不多的类的框架，然后写了Main方法以及输入处理，并进行相应的debug
• 然后写完一个最难的RenamedMonitor
• 然后在RenamedMonitor中开一个主方法，在这个主方法中通过参数构造一个RenamedMonitor对象，然后调用他的  run( )方法  。
• 开始单步调试，然后直接操作文件系统：进行创建、移动、重命名等操作，文件操作与 单步调试 交叉进行，同时你还可以查看你实时输出的detail或者summary内容。
• RenamedMonitor监控器的bug找得差不多了。同理可以单独调试另外3个监控器类。
• 最后单线程调得差不多了，就开启多个线程，这时，就不能像上述那样 在多线程的边缘试探 了....老老实实打印出来debug吧，这个时候出现的问题，基本就是线程安全和协作的问题了。前面的步骤已经为你de掉了许多小bug还是可取的。

线程安全的考虑

• 拍快照的时候，会读取文件信息，要求此时文件的信息不能发生改变，因此将 线程安全的文件类SafeFile 的方法设置成了同步方法。
• 另外，如果仅仅按照上一条所述进行同步，仍然可能出现这种情况：遍历某个文件夹下的文件进行拍照时，有可能拍照拍到一半的时候，CPU切换给了测试线程，测试线程对文件A进行了某些操作，当CPU切换回来继续拍照时，照相机可能已经对文件A拍过照了，这时就有会把 A文件被更改这个消息 延迟到 下一次拍快照的时候 发现。
• 为了解决这个问题，我想加把大大的锁，进行文件操作或者拍快照之前，都必须获得这把大锁，这把全局锁是这样的：Object lock = new Object( )。
• （但是现在想想，好像这个延迟的问题并不大，反正马上就要进行下一次拍照了QAQ....）

自评优缺点和反思设计原则 

• 优点：总体框架比较清晰有逻辑；自己想出来了个在多线程边缘试探的debug方法；把 四个类别的监控器 的共同方法 和属性 抽出来放到了父类Monitor里面，代码重用性还算好。
• 缺点：（1）有些设计没有必要...（2）没有把功能进行 划分、精细化，可读性、可维护性不强。
• 反思设计原则：（1）方法的职责不够单一、不够精细，违反了SRP原则、责任均衡分配原则。（2）没有考虑到DIP原则。

Bug分析

• 课下调试：对象复制时，什么时候是要 对对象的引用进行复制，什么时候是要 clone一个新的对象出来，这个问题在我调试时反复折磨我，于是我赶紧搞清了这二者的区别，然后又从头缕了一遍。
• 公测：安全。
• 互测——对方：对方的设计思路是最多开120个监控器线程的那种，由于处理不当出现了 “若监控一个文件，且被触发后要执行的任务多于1个，若该文件满足了触发条件，那么有时候这些任务都会被执行，有时候这些任务只会被执行一部分”，这是设计框架的时候容易忽略的一个问题。（我当初没有想过这个问题，当初选择 最多开40个监控器线程的思路 的时候，纯粹是怕120个线程太多了....）
• 互测——我方：我方抛出一个NoPointerException异常，似乎是因为我后来为了能实现 “若监控目录，且满足触发条件后的任务包括recover，那么每当监测到一个文件满足触发条件后，就把快照回退到这个文件改变前的状态” 这一目标，而导致我解决了一个bug后另一个bug又浮出水面....    
• 我服。

 

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作业7——出租车的乘客呼叫与应答系统

设计框架——UML时序图

线程总数：主线程TaxiSys + 输入处理InputHandler + 调度器Scheduler + 图形化界面GUI + 出租车Car * 100 = 104个线程

• 主线程：启动其它线程。
• 输入处理器：不断接受控制台输入，并进行分析，如果有效且非同质，则将请求放入请求队列。
• 调度器：不断扫描请求队列中的请求。若请求窗口时间未到，则在所有出租车中寻找具备抢单条件的车。若请求窗口时间到了，则从队列中删除该请求、从所有抢单的车中筛选出最终进行派单的车，然后跟这辆车说，你去响应这个请求吧。
• 出租车线程：不断检查自己的状态等信息，根据自身信息来决定自己接下来该做什么。
• GUI：没什么好说的。

设计类图

有了设计框架，就进一步细化成 设计类图：（我手动进行了删减，为了提取重点和优美）

再细化一些，我的程序包括这么些类：

• 打黑色圆圈的是上述104个线程。
• 出租车的属性比较多，而且有些是不需要被外人知道的，为了传递出租车的信息时更加简便，我就做了个出租车信息的类。（我为什么没有做RequestInfo，因为请求的信息比较简单...纯属个人想法，如果您觉得这样做不大对，欢迎留言讨论）
• 为了抽象，我抽取出汽车的运动方法成CarMove接口。（或许以后滴滴还能有truck、motorbike...）
• ErrorHandler你懂的。
• FileLogger是输出日志的类，考虑到DIP原则和扩展性，我又把它抽取成Logger接口。
• gui是课程组提供的，为了读入地图文件信息并转化为数组，我又做了MapInfo。
• 做MyPoint类是为了扩展Point类的功能。
• 请求和请求队列你也懂的。
• 还有一些表示 状态类型、错误类型的 枚举类，就没有列出了。

 程序度量分析——Metrics

 

与前两次相比有了较大进步。

圈复杂度哪里大？

嵌套块深度哪里大？ 

• gui类我没办法了肝不动了....
• InputHandler和MapInfo都是输入处理，我就没考虑拆分。我的输入处理比较精确，写了35行代码，看来要拆分一下。
• Scheduler我拆分包装得挺好了呀，咋回事？找到Scheduler的run方法，我发现了这个东西 :)

线程安全的考虑

• 请求队列是 输入处理器线程  和 调度器线程 共享的对象，所以我将请求队列的所有  修改或者读取队列内容的方法  都设置成同步方法。
• 每个出租车对象是  这个出租车线程  和  调度器线程  共享的对象， 所以我将出租车的 修改或者读取 出租车状态等信息 的方法 都设置成同步方法。

自评优缺点和反思设计原则

• 优点：结构和逻辑比较清晰，因此debug比较方便。
• 缺点：感觉不是很工程化；在给某一个请求寻找能够抢单的出租车时，采用的是遍历100辆出租车的方法，这样似乎有点浪费资源消耗时间。或许可以如老师所说，【给出租车做几个队列，不同状态的车进不同的队列】，这样查找起来比较方便，又或者，【给出租车做几个队列，不同区域的车进不同的队列】？
• 反思设计原则：这次作业前老师讲了设计原则，因此我这些设计原则实现得还算不错，不过都是自我感觉良好....还是要去看看真正的工程化代码[fighting]

Bug分析

• 课下自我调试：（1）曾经在使用  wait(200) 还是 Thread.sleep(200)  这件事上犹豫了，最后我是这样考虑的：我的出租车类的方法基本都是同步方法，这辆出租车自己 和 调度器是 唯二的 可能拿到这辆出租车的锁 的人，出租车在运动过程中花费200ms的时候，应该把锁让出去给调度器，所以用wait(200)。当然如果你的线程同步设计和我不同，可能结论也不同。（2）为了能够实时输出日志信息，且为了避免所有请求实时输出到一个文件时发生的交错 不优美 的问题，我给不同的请求都分配了日志，但是课下debug时，居然出现了  请求1的部分日志信息写到了 请求2的日志文件中去  的魑魅魍魉现象，我百思不得其解，后来不知道为什么，又好了....（有遇到同样问题且知道幕后黑手的同学欢迎留言...）
• 公测：通过
• 互测：我方安全，对方的输出不符合指导书和issue的要求，而且请求多于3个就抛异常，而且还有一辆车同时匹配2个请求的情况。
• 终于平安耶。

 

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其它总结

设计策略的变化

1. 心态上的变化：一开始接触多线程的时候，如上述所讲，我比较急匆匆、晕乎乎，后来掌握了一些套路，就能够冷静下来分析，特别是线程安全相关的问题。当然，冷静的同时还要有紧迫感，反正我隔三差五跟自己说：你要无效了无效了笑了...
2. 由全局到细节地考虑。我一般是这样的，先考虑和讨论大框架：应该有多少线程、分别都做什么事情、有共享什么对象吗，这样的设计能够满足那些硬性的大的需求吗。然后再去考虑如何调整小部件去实现那些小的需求。然后感觉差不多了，我就把大概想一想 列一列  有什么类、大概有什么属性和方法、有共同点可以提取吗、有什么线程安全问题要解决。然后开始在纸上把  尽量考虑到各个设计和实现细节的伪代码  写出来。然后开始码代码，在码代码的过程中可能会发现自己伪代码的一些错误或者遗漏，这个时候就能补救；另外，每写完一个 可以测试的 适度规模的 模块的时候，我就先对这个模块进行debug。最后再对整个多线程程序以打印的方式进行debug。
3. 尽量不要推倒重构（反正我是没有这个能力和勇气）。这就是我为什么采取上述2策略的原因。
4. 码代码的时候就尽量考虑到功能的单一化精细化，不要相信 你有时间 能够在de完bug之后 把某些代码段提取出来成方法 进行功能的归一化。

发现bug的策略

在我的上一篇博客的所述策略——

1. 解剖指导书。我遍历了几遍指导书，而且自己用笔把一条条规定都简单列了出来，用红笔标记不同条列之间的关系以及易忽略的点。然后进行一些深入思考，比如指导书说到出租车可能的几个状态的时候，我就画了个状态机出来。深入了解指导书是前提。
2. 给自己程序打过的补丁，也可能是别人容易漏掉的。
3. 不同的设计方式会有不同的易错点，如果你抽到的代码的设计方式和你不同，可以找找其他使用这个设计方法的同学，问问他们课下de出来了什么bug。比如IFTTT作业中的“最多40个线程设计”和“最多120个线程设计”，这就属于两种不同的设计方式。
4. 讨论区和微信群里大家的讨论也都一条条列出来。
5. 与你亲爱的同学交换测试样例。（多线程的话，这条基本不管用了....）
6. 以更加宏观、复杂、遍历的视角去看待问题，就更容易发现问题所在。比如我在IFTTT作业中，将不同文件操作是否满足4种触发器的触发条件或者结束条件 列了个表格分析。

的基础上，又总结出了一些策略：

1. 由简单到复杂地进行自测。自我测试的时候好理解，从小补丁开始打起。
2. 互测的时候，你就可以灵活些了。你可以一上来先炸它100个输入（比如100个出租车请求），看他是不是大佬，如果结果和预期不同，你就可以轻轻一笑（如果结果和预期相同，你还可以祈祷它有小bug），然后用 分离的 功能点的 测试样例 去测他的代码，然后一步步增加测试样例的复杂度。（好吧，我承认一上来炸它一个大数据主要是为了把握大局....）
3. 灵活地构造测试样例。比如出租车作业中，我构造了这么一个好玩的样例：在 全世界的每个小区域里 发出乘车请求，目标北航，然后看着GUI上出租车大部分都到了北航的时候，乘客们发现北航人都开飞机去了，于是乘客们在北航附近 发出了许多乘车请求想要离开，去哪里就随意吧。这个时候，会出现许多辆出租车抢单的情况，然后你就可以根据  日志输出的抢单的车在请求窗口结束时的信息  来判断应该是哪一个辆车最终被分配到请求。（好吧，这个样例只是好玩而已，可能并不是很有效嘻嘻....）
4. 我一般不会仔细地去看人家的代码，除非那人代码特别棒没有bug我就会开始欣赏。但我会大概结合被测程序的代码设计结构，来设计测试用例。因为不同的设计结构会有不同的容易遗漏的问题。

　　　　　　　　再次感谢各位帮助过我的大佬么么哒~

也继续预祝大家 习得OO，策马归来~