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多線程實戰(二) : 銀行業務調度系統

編輯：C++入門知識

多線程實戰(二) : 銀行業務調度系統

一. 項目需求:

1. 銀行內有6個業務窗口，1 - 4號窗口為普通窗口，5號窗口為快速窗口，6號窗口為VIP窗口。
2. 有三種對應類型的客戶：VIP客戶，普通客戶，快速客戶（辦理如交水電費、電話費之類業務的客戶）。
3. 異步隨機生成各種類型的客戶，生成各類型用戶的概率比例為：VIP客戶：普通客戶：快速客戶 = 1 ：6 ：3。
4. 客戶辦理業務所需時間有最大值和最小值，在該范圍內隨機設定每個VIP客戶以及普通客戶辦理業務所需的時間，快速客戶辦理業務所需時間為最小值（提示：辦理業務的過程可通過線程Sleep的方式模擬）。
5. 各類型客戶在其對應窗口按順序依次辦理業務。當VIP（6號）窗口和快速業務（5號）窗口沒有客戶等待辦理業務的時候，這兩個窗口可以處理普通客戶的業務，而一旦有對應的客戶等待辦理業務的時候，則優先處理對應客戶的業務。
6. 隨機生成客戶時間間隔以及業務辦理時間最大值和最小值自定，可以設置。
7. 不要求實現GUI，只考慮系統邏輯實現，可通過Log方式展現程序運行結果。

二. 面向對象分析

有三種對應類型的客戶：VIP客戶，普通客戶，快速客戶，異步隨機生成各種類型的客戶，各類型客戶在其對應窗口按順序依次辦理業務。每一個客戶其實就是由銀行的一個取號機器產生號碼的方式來表示的。所以，我想到要有一個號碼管理器對象，讓這個對象不斷地產生號碼，就等於隨機生成了客戶。

由於有三類客戶，每類客戶的號碼編排都是完全獨立的，所以，本系統一共要產生三個號碼管理器對象，各自管理一類用戶的排隊號碼。這三個號碼管理器對象統一由一個號碼機器進行管理，這個號碼機器在整個系統中始終只能有一個，所以，它要被設計成單例。

各類型客戶在其對應窗口按順序依次辦理業務，准確地說，應該是窗口依次叫號。各個窗口怎麼知道該叫哪一個號了呢？它一定是問的相應的號碼管理器，即服務窗口每次找號碼管理器獲取當前要被服務的號碼。

三. 代碼實現

1. NumberManager:

public class NumberManager {
	private int newNumber = 0;
	private List numList = new ArrayList();

	public synchronized Integer generateNewNumber() { 
		numList.add(++newNumber);
		return newNumber;
	}

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

定義一個用於存儲上一個客戶號碼的成員變量和用於存儲所有等待服務的客戶號碼的隊列集合。

定義一個產生新號碼的方法和獲取馬上要為之服務的號碼的方法，這兩個方法被不同的線程操作了相同的數據，所以，要進行同步。

2. NumberMachine:

public class NumberMachine {

	private NumberMachine() {
	}

	private static NumberMachine instance = new NumberMachine();

	public static NumberMachine getInstance() { 
		return instance;
	}

	private NumberManager commonManager = new NumberManager();
	private NumberManager expressManager = new NumberManager();
	private NumberManager vipManager = new NumberManager();

	public NumberManager getCommonManager() {
		return commonManager;
	}

	public NumberManager getExpressManager() {
		return expressManager;
	}

	public NumberManager getVipManager() {
		return vipManager;
	}

}

定義三個成員變量分別指向三個NumberManager對象，分別表示普通、快速和VIP客戶的號碼管理器，定義三個對應的方法來返回這三個NumberManager對象。將NumberMachine類設計成單例。

3. CustomerType:

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;
	}
}

系統中有三種類型的客戶，所以用定義一個枚舉類，其中定義三個成員分別表示三種類型的客戶。
重寫toString方法，返回類型的中文名稱。這是在後面編碼時重構出來的，剛開始不用考慮。

4. ServiceWindow:

public class ServiceWindow {
	private CustomerType type = CustomerType.COMMON;
	private int number = 1;

	public CustomerType getType() {
		return type;
	}

	public void setType(CustomerType type) {
		this.type = type;
	}

	public void setNumber(int number) {
		this.number = number;
	}

	public void start() {
		Executors.newSingleThreadExecutor().execute(new Runnable() {
			public void run() {
				while (true) {
					try{
						switch (type) {
							case COMMON:
								commonService();
								break;
							case EXPRESS:
								expressService();
								break;
							case VIP:
								vipService();
								break;
						}
					}catch(Exception e){
						e.printStackTrace();
					}
				}
			}
		});
	}

	private void commonService() throws Exception {
		String windowName = "第" + this.number + "號" + this.type + "窗口";
		System.out.println(windowName + "開始獲取普通任務!");
		Integer serviceNumber = NumberMachine.getInstance().getCommonManager().fetchNumber();
		if (serviceNumber != null) {
			System.out.println(windowName + "開始為第" + serviceNumber + "號普通客戶服務");
			int maxRandom = Constants.MAX_SERVICE_TIME - Constants.MIN_SERVICE_TIME;
			int serviceTime = new Random().nextInt(maxRandom) + 1 + Constants.MIN_SERVICE_TIME;
			Thread.sleep(serviceTime);
			System.out.println(windowName + "完成為第" + serviceNumber + "號普通客戶服務，總共耗時" + serviceTime / 1000 + "秒");
		} else {
			System.out.println(windowName + "沒有取到普通任務，正在空閒一秒");
			Thread.sleep(1000);
		}
	}

	private void expressService() throws Exception {
		Integer serviceNumber = NumberMachine.getInstance().getExpressManager().fetchNumber();
		String windowName = "第" + this.number + "號" + this.type + "窗口";
		System.out.println(windowName + "開始獲取快速任務!");
		if (serviceNumber != null) {
			System.out.println(windowName + "開始為第" + serviceNumber + "號快速客戶服務");
			int serviceTime = Constants.MIN_SERVICE_TIME;
			Thread.sleep(serviceTime);
			System.out.println(windowName + "完成為第" + serviceNumber + "號快速客戶服務，總共耗時" + serviceTime / 1000 + "秒");
		} else {
			System.out.println(windowName + "沒有取到快速任務！");
			commonService();
		}
	}

	private void vipService() throws Exception {
		Integer serviceNumber = NumberMachine.getInstance().getVipManager().fetchNumber();
		String windowName = "第" + this.number + "號" + this.type + "窗口";
		System.out.println(windowName + "開始獲取VIP任務!");
		if (serviceNumber != null) {
			System.out.println(windowName + "開始為第" + serviceNumber + "號VIP客戶服務");
			int maxRandom = Constants.MAX_SERVICE_TIME - Constants.MIN_SERVICE_TIME;
			int serviceTime = new Random().nextInt(maxRandom) + 1 + Constants.MIN_SERVICE_TIME;
			Thread.sleep(serviceTime);
			System.out.println(windowName + "完成為第" + serviceNumber + "號VIP客戶服務，總共耗時" + serviceTime / 1000 + "秒");
		} else {
			System.out.println(windowName + "沒有取到VIP任務！");
			commonService();
		}
	}
}

定義一個start方法，內部啟動一個線程，根據服務窗口的類別分別循環調用三個不同的方法。
定義三個方法分別對三種客戶進行服務，為了觀察運行效果，應詳細打印出其中的細節信息。

5. Constants

public class Constants {
	public static int MAX_SERVICE_TIME = 10000; // 10秒！
	public static int MIN_SERVICE_TIME = 1000; // 1秒！
	public static int COMMON_CUSTOMER_INTERVAL_TIME = 1; 
}

6. MainClass:

public class MainClass {

	public static void main(String[] args) {
		
		// 產生4個普通窗口(開啟4個線程)
		for (int i = 1; i <= 4; i++) {
			ServiceWindow commonWindow = new ServiceWindow();
			commonWindow.setNumber(i);
			commonWindow.start(); 
		}

		// 產生1個快速窗口(開啟一個線程)
		ServiceWindow expressWindow = new ServiceWindow();
		expressWindow.setType(CustomerType.EXPRESS);
		expressWindow.start();

		// 產生1個VIP窗口(開啟一個線程)
		ServiceWindow vipWindow = new ServiceWindow();
		vipWindow.setType(CustomerType.VIP);
		vipWindow.start();

		// 每隔一秒有一個普通客戶拿號(開啟定時器) 
		Executors.newScheduledThreadPool(1).scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
			public void run() {
				Integer serviceNumber = NumberMachine.getInstance().getCommonManager().generateNewNumber();
				System.out.println("第" + serviceNumber + "號普通客戶正在等待服務！");
			}
		}, 0, Constants.COMMON_CUSTOMER_INTERVAL_TIME, TimeUnit.SECONDS);

		// 每隔兩秒有一個快速客戶拿號(開啟定時器)
		Executors.newScheduledThreadPool(1).scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
			public void run() {
				Integer serviceNumber = NumberMachine.getInstance().getExpressManager().generateNewNumber();
				System.out.println("第" + serviceNumber + "號快速客戶正在等待服務！");
			}
		}, 0, Constants.COMMON_CUSTOMER_INTERVAL_TIME * 2, TimeUnit.SECONDS);

		// 每隔六秒有一個VIP客戶拿號(開啟定時器)
		Executors.newScheduledThreadPool(1).scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
			public void run() {
				Integer serviceNumber = NumberMachine.getInstance().getVipManager().generateNewNumber();
				System.out.println("第" + serviceNumber + "號VIP客戶正在等待服務！");
			}
		}, 0, Constants.COMMON_CUSTOMER_INTERVAL_TIME * 6, TimeUnit.SECONDS);
	}

}

用for循環創建出4個普通窗口，再創建出1個快速窗口和一個VIP窗口。
接著再創建三個定時器，分別定時去創建新的普通客戶號碼、新的快速客戶號碼、新的VIP客戶號碼。