黑马程序员——银行业务调度系统

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在看过张孝祥老师的交通灯管理系统以后获益良多，所以趁热打铁又看了张老师的银行业务调度系统。这个系统比起交通灯管理系统来说，没有更高深的内容。同样是线程池定时调度、匿名内部类、枚举，还多了两个知识点，一个是同步代码块，另一个是单例模式。但是相对而言，逻辑更复杂一些，需要对面向对象的思想理解的非常透彻。张老师在设计这个系统逻辑实现的时候，用到的思路让我收获很大。

这个系统的需求是这样的：

1.银行内有6个业务窗口，1 - 4号窗口为普通窗口，5号窗口为快速窗口，6号窗口为VIP窗口；
2.有三种对应类型的客户：VIP客户，普通客户，快速客户（办理如交水电费、电话费之类业务的客户）；
3.异步随机生成各种类型的客户，生成各类型用户的概率比例为：
  VIP客户 ：普通客户 ：快速客户  =  1 ：6 ：3；
4.客户办理业务所需时间有最大值和最小值，在该范围内随机设定每个VIP客户以及普通客户办理业务所需的时间，快速客户办理业务所需时间为最小值（提示：办理业务的过程可通过线程Sleep的方式模拟）；
5.各类型客户在其对应窗口按顺序依次办理业务；
6.当VIP（6号）窗口和快速业务（5号）窗口没有客户等待办理业务的时候，这两个窗口可以处理普通客户的业务，而一旦有对应的客户等待办理业务的时候，则优先处理对应客户的业务；
7.随机生成客户时间间隔以及业务办理时间最大值和最小值自定，可以设置；
8.不要求实现GUI，只考虑系统逻辑实现，可通过Log方式展现程序运行结果。

业务虽然比较复杂，但是抽象出的类确不多，真正用来实现逻辑的类只有三个：

1.NumberManager，完成生成号码和叫号动作
2.NumberMachine，用来管理号码发生器NumberManager，
3.ServiceWindow，用来实现服务窗口
4.MainClass，程序入口


三个类的关系如下：


下面我来详细介绍下几个类的作用以及设计思路
1.NumberManager
NumberManager是负责生成号码和取号的类，所以通过它的功能能够知道这个类应该有这样几个元素：

代表号码的成员变量、用来存储号码的存储器、负责生成号码的方法、负责取号的方法。

代表号码的成员变量用一个int类型的变量来表示，每生成一个号码，就对它自增；
号码存储器也是必须的，当生成的号码多于服务窗口处理的速度的时候，会有客户等待服务，这些积压下来的号码需要被存储下来。因为叫号是先到先得，所以明显是一个队列结构，所以这里定义了一个ArrayList的对象来存储这些号码；
负责生成号码的方法作用就是把代表号码的变量每次加一后存入号码存储器，方便以后使用；代码如下：

public synchronized Integer generateNewNumber(){queueNumbers.add(++lastNumber);return lastNumber;}

而取号的方法作用相反，就是每次把定义好的存储器里的第一个号码取出，之后把这个号码从存储器中删除；代码如下：

public synchronized Integer fetchNumber(){if(queueNumbers.size()>0){return (Integer)queueNumbers.remove(0);}else{return null;}}

因为产生客户和叫号都是同时只有一个对象来执行，而且这两个方法操作了公共的资源号码存储器，为了线程安全起，为两个方法加入了synchronized关键字，定义为了同步方法。

2.NumberMachine
NumberMachine 类用来管理号码生成器，只有一个，因此是单例的，这里用的是饿汉式的单例实现，代码如下：

private NumberMachine(){}private static NumberMachine instance = new NumberMachine();public static NumberMachine getInstance(){return instance;}

NumberMachine类里面有三个成员变量，commonManager、expressManager和vipManager，这样的设计是因为普通、快速和VIP三种客户的类型不同，它们的产生是随机的，三种客户的处理时间时间之类的也不相同，所以客户不能统一定义，在NumberMachine中分别用三个对象来表示对三种客户号码的管理；为了通过NumberMachine这个类来获取三种不同的号码管理器，这里还需要提供对三种号码管理器的获取方法：

private NumberManager commonManager = new NumberManager();private NumberManager expressManager = new NumberManager();private NumberManager vipManager = new NumberManager();//获取普通客户管理器public NumberManager getCommonManager() {return commonManager;}//获取快速客户管理器public NumberManager getExpressManager() {return expressManager;}//获取VIP客户管理器public NumberManager getVipManager() {return vipManager;}

3.ServiceWindow
ServiceWindow 类代表的是服务窗口，服务窗口的功能就是提供服务，服务后对应的号码管理器的号码存储器中已经被服务的号码被删除。服务窗口有三种，所以这个类要有成员变量能表示不同的服务窗口类型。普通类的窗口有4个，所以也要有变量能在四个普通窗口中进行区分。最后，因为所有的服务窗口都是同时服务的，所以服务窗口要被封装在线程中。张老师在这里把服务窗口的服务方法封装在了单线程的线程池中。
因为服务窗口只有三种类型，所以定义了一个枚举类来描述服务类型：

public enum CustomerType {    COMMON,EXPRESS,VIP;    public String toString(){        String name = null;        switch(this){        case COMMON:            name = "普通";            break;        case EXPRESS:            name = "快速";            break;        case VIP:            name = name();            break;        }        return name;    }}

在线程内部，张老师用了死循环不停的调用服务方法来提供服务，如果没有获取到任务，就提示打印日志记录下，之后继续获取服务。由于三种服务窗口的逻辑有所区别，所以对不同的服务窗口类型定义了不同的服务方法类提供服务，张老师这里用switch的形式代替if else的方式来进行不同类型的判断：

switch(type){case COMMON:commonService();break;case EXPRESS:expressService();break;case VIP:vipService();break;}

三种服务的具体方法基本结构一致，都是调用了号码管理器的叫号方法，因为几个窗口是同时服务的，所以这里就看出了叫号方法定义成同步方法的作用。叫号方法中使用Random()类生成随机数来表示服务的时间，之后这个随机的服务时间被Thread类的sleep方法调用，来模拟服务的过程。这个方法完成以后的代码如下：

private void commonService(){String windowName = "第" + number + "号" + type + "窗口";System.out.println(windowName + "开始获取普通任务!");Integer serviceNumber = NumberMachine.getInstance().getCommonManager().fetchNumber();if(serviceNumber != null ){System.out.println(windowName + "开始为第" + serviceNumber + "号普通客户服务");int maxRandom = Constants.MAX_SERVICE_TIME - Constants.MIN_SERVICE_TIME;int serviceTime = new Random().nextInt(maxRandom)+1 + Constants.MIN_SERVICE_TIME;try {Thread.sleep(serviceTime);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(windowName + "完成为第" + serviceNumber + "号普通客户服务，总共耗时" + serviceTime/1000 + "秒");}else{System.out.println(windowName + "没有取到普通任务，正在空闲一秒");try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}

其他两种服务方法快速和VIP方法结构一致，这里就不一一展示。有所区别的是一旦这两种方法没有取到号码，这两种窗口还是可以为普通类型的客户服务的，所以在没有获取到客户的时候，会再调用普通的服务方法来对普通客户提供服务。


4.MainClass
MainClass 来表示程序入口，让我们来分析下程序最开始需要初始化哪些东西。银行要提供服务，要先有服务窗口提供给我们，所以我们需要先初始化服务窗口。服务窗口有3种，所以三种窗口我们都要初始化：

//产生4个普通窗口for(int i=1;i<5;i++){    ServiceWindow window =  new ServiceWindow();    window.setNumber(i);    window.start();}//产生1个快速窗口ServiceWindow expressWindow =  new ServiceWindow();expressWindow.setType(CustomerType.EXPRESS);expressWindow.start();//产生1个VIP窗口     ServiceWindow vipWindow =  new ServiceWindow();vipWindow.setType(CustomerType.VIP);vipWindow.start();  

服务窗口初始化后，还需要有被服务的对象，银行产生客户的过程在这里是通过号码管理器生成号码的过程来表示的，所以要让三种号码管理器不停的产生号码。三种客户是同时产生的，不会分次序的先后，所以要让三种客户号码产生的过程分别封装在线程中，张老师在这里用了大小为1的调度线程池，按照三种客户的比例，定时的生成客户，代码如下：

//普通客户拿号Executors.newScheduledThreadPool(1).scheduleAtFixedRate(        new Runnable(){            public void run(){                Integer serviceNumber = NumberMachine.getInstance().getCommonManager().generateNewNumber();                System.out.println("第" + serviceNumber + "号普通客户正在等待服务！");                                   }        },        0,        Constants.COMMON_CUSTOMER_INTERVAL_TIME,         TimeUnit.SECONDS);//快速客户拿号Executors.newScheduledThreadPool(1).scheduleAtFixedRate(        new Runnable(){            public void run(){                Integer serviceNumber = NumberMachine.getInstance().getExpressManager().generateNewNumber();                System.out.println("第" + serviceNumber + "号快速客户正在等待服务！");            }        },        0,        Constants.COMMON_CUSTOMER_INTERVAL_TIME * 2,         TimeUnit.SECONDS);//VIP客户拿号Executors.newScheduledThreadPool(1).scheduleAtFixedRate(        new Runnable(){            public void run(){                Integer serviceNumber = NumberMachine.getInstance().getVipManager().generateNewNumber();                System.out.println("第" + serviceNumber + "号VIP客户正在等待服务！");            }        },        0,        Constants.COMMON_CUSTOMER_INTERVAL_TIME * 6,         TimeUnit.SECONDS);

这里还是使用了匿名内部类的方法，使用方法和张老师在交通灯系统的开发中已经详解，但是这里还是有个地方比较难以理解，就是如何控制三种客户的比例，在需求中VIP客户 ：普通客户 ：快速客户  =  1 ：6 ：3；这一点控制是个难点，但是张老师很巧妙的用线程的调用频率解决了这个问题，普通客户的调用频率是Constants.COMMON_CUSTOMER_INTERVAL_TIME，而快速客户是普通客户的一半，所以快速客户生成的时间间隔比较长，频率是Constants.COMMON_CUSTOMER_INTERVAL_TIME * 2；VIP客户最少，调用的间隔也最长，因为人数是普通客户的1/6，所以这个频率是Constants.COMMON_CUSTOMER_INTERVAL_TIME * 6。

至此，整个系统已经开发完成，在这个系统开发的过程中，有几个要着重注意的地方：
1.号码管理器的fetchNumber()方法的同步问题。号码管理器中有两个方法，其中生成号码的方法太短，只有一行，这个方法加不加同步其实没什么影响，但是fetchNumber()方法加同步就太必要要了，我们来考虑下面的场景，一次出现了很多的普通客户，而没有VIP以及快速客户，三种服务窗口就会同时去服务普通客户。这个时候，由于6个窗口同时都操作普通类的号码管理器所以会出现线程并发问题中常见的重复读现象，我们来看这段代码：
if(queueNumbers.size()>0){
return (Integer)queueNumbers.remove(0);
}
这段代码中，如果queueNumbers.size()>0执行完以后，另一个进程插入进来，取走了普通类的最后一个号，这个时候原来被打断的进程重新回来执行后面的return (Integer)queueNumbers.remove(0);就会发生越界异常，因为指针指向了不存在的第0个元素。所以，张老师将这个方法定义成了同步的方法。

2.张老师在代码中把常量都提取在了一个常量类中：Constants，这种方法也是开发中常用的，看起来清晰明了。