Java 实现电梯逻辑
一、实现结果说明
这里首先说明实现结果：
1、已实现：
- 实现电梯的移动逻辑。
- 实现了电梯外部的每个楼层的上下按钮。
- 实现了电梯运行的同时添加新楼层。
2、未实现：
- 没有实现电梯内部的按钮。
- 没有实现多个电梯协同运行。
- 没有实现电梯开关门时的逻辑。
二、电梯运行的情况
- 当电梯向上移动时，会一直运行至发出请求的所有楼层中最高的楼层。
- 向下移动时，会一直运行至发生请求的所有楼层中最低的楼层。
- 在电梯运行过程中，如果有用户点击了某一层的按钮，会根据该层的按钮与当前电梯所在的层数和电梯要去的层数相比较，以及判断电梯的运行方向，来确定下一步去往的楼层。
三、实现说明
该代码实现使用 Java 编写，使用多线程来分析处理电梯的移动，以及各个楼层的按钮点击处理。
当然，没有展示的页面，Java 编写可视化页面还是相当吃翔的。采用控制台输出的方式来告诉开发者现在电梯所在的楼层。
实现代码中目前一共包含七个类（多数属于非严格的单例对象）：
- Lift.java：负责电梯的移动，从任务列表中取得任务，并判断电梯应该运行的方向。
- LayerRequest.java：这个类是定义的一个
数据结构，用来保存每个楼层的请求。负责处理电梯获取或者删除任务的请求，以及各个楼层召唤电梯的请求。 - LayerList.java：该类保存着每个楼层。是一个继承了 ArrayList 的类。
- Layer.java：该类表示的是单个楼层，存储着某个楼层的信息。
- MoveDirection.java：电梯的移动方向，电梯的移动方向有三种：UP、DOWN、STOP。
- Client.java：客户端处理类，电梯与外界交互就靠这一个类，可以使用该类向电梯发送上升或者下降的请求。同时该类管理着一个线程池。
- Test.java：测试类。
四、部分代码解析
如果要查看源代码，可以从 CSDN 上下载 ZIP 文件 CSDN —— Java 实现电梯逻辑。
同时也提供了 GitHub 项目地址：GitHub —— Java 实现电梯逻辑。
1、Lift.java 核心代码
/**
* 向上移动电梯
*/
private void moveUp() {
int currentLayerNumber = this.getCurrentLayer().getLayerNumber();
int targetLayerNumber;
while (currentLayerNumber < (targetLayerNumber = this.getTargetLayer().getLayerNumber())) {
this.moving();
Layer layer = this.layerList.get(currentLayerNumber);
this.setCurrentLayer(layer);
currentLayerNumber++;
if (currentLayerNumber != targetLayerNumber) {
this.passLayer(layer);
}
}
this.reachTargetLayer();
}
/**
* 向下移动电梯
*/
private void moveDown() {
int currentLayerNumber = this.getCurrentLayer().getLayerNumber();
int targetLayerNumber;
while (currentLayerNumber > (targetLayerNumber = this.getTargetLayer().getLayerNumber())) {
this.moving();
// 这里减二是因为：
// 需要通过索引获取楼层, getLayerNumber() 对索引进行了加一, 需要减一获得索引,
// 而这里是电梯下降, 需要获取下一个楼层的索引, 所以还要再减一
Layer layer = this.layerList.get(currentLayerNumber - 2);
this.setCurrentLayer(layer);
currentLayerNumber--;
if (currentLayerNumber != targetLayerNumber) {
this.passLayer(layer);
}
}
this.reachTargetLayer();
}
/**
* 移动电梯到目标楼层
*/
private void move(int diff) {
if (diff > 0) {
moveDown();
} else {
moveUp();
}
}
/**
* 电梯运行, 主要负责电梯的移动
*/
void run() {
while (this.runnable()) {
try {
this.setUsing(this.layerRequest.hasTask());
if (!this.isUsing()) {
continue;
}
// 电梯有任务才会执行核心函数
this.runCore();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
/**
* 电梯是否可运行
*
* @return 可运行返回 true
*/
private boolean runnable() {
return !isFault();
}
/**
* 电梯运行核心 (我是这样起名的, 它配不配这个名字我就不知道了)<br/>
* 此时电梯一定处于 stop 状态
*/
private void runCore() {
Layer layer;
LayerRequest layerRequest = this.layerRequest;
int diff;
int currentLayerNumber = this.getCurrentLayer().getLayerNumber();
int targetLayerNumber = this.getTargetLayer().getLayerNumber();
// 根据 当前楼层 与 目标楼层 的相对位置来设置电梯移动方向
if ((diff = currentLayerNumber - targetLayerNumber) < 0) {
layer = layerRequest.getLayer();
if (layer != null) {
this.setCurrentMoveDirection(MoveDirection.UP);
} else {
this.setCurrentMoveDirection(MoveDirection.DOWN);
}
} else if ((diff = currentLayerNumber - targetLayerNumber) > 0) {
layer = layerRequest.getLayer();
if (layer != null) {
this.setCurrentMoveDirection(MoveDirection.DOWN);
} else {
this.setCurrentMoveDirection(MoveDirection.UP);
}
} else {
return;
}
if (this.checkLayer(layer)) {
this.setTargetLayer(layer);
this.move(diff);
}
}
/**
* 检查楼层所属的区间, 下面是 layer 楼层所在的不同区间的所有的返回结果: <br/>
* 一. [ (layer: -1) 低楼层 -- (layer: 0) --> 高楼层 (layer: 1) ] <br/>
* 二. [ (layer: -1) 高楼层 -- (layer: 0) --> 低楼层 (layer: 1) ] <br/>
* 三. 电梯处于 stop 状态时若电梯处于 stop 状态, 返回 layer 与 currentLayer 的楼层差值
*
* @param layer 要检查的楼层
* @return 返回数字, 表示 layer 楼层所属的区间
*/
int checkLayerInRange(Layer layer) {
Layer currentLayer = this.getCurrentLayer();
Layer targetLayer = this.getTargetLayer();
int currentLayerNumber = currentLayer.getLayerNumber();
int targetLayerNumber = targetLayer.getLayerNumber();
int layerNumber = layer.getLayerNumber();
// 上升时, 返回值取决于楼层 layer 所在的区间: [ (layer: -1) 低楼层 -- (layer: 0) --> 高楼层 (layer: 1) ]
if (isMoveUp()) {
if (layerNumber < currentLayerNumber) {
return -1;
} else if (targetLayerNumber < layerNumber) {
return 1;
} else {
return 0;
}
}
// 下降时, 返回值取决于 layer 所在的区间: [ (layer: -1) 高楼层 -- (layer: 0) --> 低楼层 (layer: 1) ]
else if (isMoveDown()) {
if (layerNumber < targetLayerNumber) {
return 1;
} else if (layerNumber > currentLayerNumber) {
return -1;
} else {
return 0;
}
}
// 若电梯处于 stop 状态, 返回 layerNumber 与 currentLayerNumber 的差值
else {
return layerNumber - currentLayerNumber;
}
}
2、LiftRequest.java 核心代码
void removeUpLayer() {
this.removeLayer(this.nextUpList, this.nextDownList, MoveDirection.UP);
}
void removeDownLayer() {
this.removeLayer(this.nextDownList, this.nextUpList, MoveDirection.DOWN);
}
/**
* 电梯到达目标楼层时移除楼层, 从 usingList 中移除 <br/>
* 当 usingList 中没有楼层时, 则设置 freeList 的第一个元素为 {@link Lift#targetLayer}, freeList 将成为 usingList<br/>
*
* @param nextUsingList 下一执行阶段要执行的任务
* @param nextFreeList 下一执行阶段要执行的任务
* @param moveDirection 当前电梯的运行状态
*/
private void removeLayer(List<Layer> nextUsingList, List<Layer> nextFreeList,
MoveDirection moveDirection) {
Lift lift = this.lift;
List<Layer> taskList = this.taskList;
// 当前任务执行完成, 将其移除
removeFirst();
// 移除后如果任务列表不为空, 就将列表第一个楼层设为目标楼层
if (!taskList.isEmpty()) {
lift.setTargetLayer(getFirst());
return;
}
// 这段代码在下面的情况下生效 (电梯发生转向时):
// 例如: 电梯从第一层移动到第七层, 在电梯到达第五层时, 此时在第三层按下向下的按钮, 将会添加到 nextFreeList 集合中
if (!nextFreeList.isEmpty()) {
taskList.addAll(nextFreeList);
// 根据不同的移动状态排序
if (MoveDirection.isMoveUp(moveDirection)) {
this.reserveSort();
} else if (MoveDirection.isMoveDown(moveDirection)) {
this.sort();
}
lift.setTargetLayer(getFirst());
nextFreeList.clear();
}
// 如果电梯反向运行列表没有元素 (nextFreeList 为空, empty), 就执行同向的任务列表
// 例如: 电梯要从第一层移动到第七层, 并且电梯已经移动到第四层, 此时点击第一层的上升按钮和第三层的上升按钮,
// 将会添加到 nextUsingList 集合中
// 电梯移动过程: (1): 1 --- 上升 ---> 7 (2): 7 --- 下降 ---> 1 (3): 1 --- 上升 ---> 3
if (taskList.isEmpty() && !nextUsingList.isEmpty()) {
taskList.addAll(nextUsingList);
if (MoveDirection.isMoveUp(moveDirection)) {
this.sort();
} else if (MoveDirection.isMoveDown(moveDirection)) {
this.reserveSort();
}
lift.setTargetLayer(getFirst());
nextUsingList.clear();
}
}
/**
* 添加楼层
* @param layer 要添加的楼层
* @param moveDirection 要去往的方向
*/
void addLayer(Layer layer, MoveDirection moveDirection) {
if (!this.taskList.contains(layer)) {
Lift lift = this.lift;
if (lift.getCurrentLayer().equals(layer)) {
this.alreadyLocated(layer);
return;
}
lift.setTargetLayerIfNull(layer);
int result = lift.checkLayerInRange(layer);
// 如果电梯处于停止状态
if (lift.isMoveStop()) {
if (result > 0) {
this.addUpLayerWithSort(layer);
lift.setCurrentMoveDirection(MoveDirection.UP);
} else if (result < 0) {
this.addDownLayerWithSort(layer);
lift.setCurrentMoveDirection(MoveDirection.DOWN);
}
lift.setTargetLayer(layer);
return;
}
// 根据按钮点击的是上升还是下降来调用
if (MoveDirection.isMoveUp(moveDirection)) {
this.addUpLayer(result, layer);
} else {
this.addDownLayer(result, layer);
}
}
}
/**
* 添加要上楼的楼层
*
* @param result result
* @param layer 要添加的楼层
*/
private void addUpLayer(int result, Layer layer) {
Lift lift = this.lift;
if (lift.isMoveUp()) {
if (result == 0) {
lift.setTargetLayer(layer);
this.addUpLayerWithSort(layer);
} else if (result == 1) {
this.addUpLayerWithSort(layer);
} else if (result == -1) {
this.addLayerIfNotExist(this.nextUpList, layer);
}
} else if (lift.isMoveDown()) {
this.addLayerIfNotExist(this.nextUpList, layer);
}
}
/**
* 添加要下楼的楼层
*
* @param layer 要添加的楼层
*/
void addDownLayer(int result, Layer layer) {
Lift lift = this.lift;
if (lift.isMoveDown()) {
if (result == 0) {
lift.setTargetLayer(layer);
this.addDownLayerWithSort(layer);
} else if (result == 1) {
this.addDownLayerWithSort(layer);
} else if (result == -1) {
this.addLayerIfNotExist(this.nextDownList, layer);
}
} else if (lift.isMoveUp()) {
this.addLayerIfNotExist(this.nextDownList, layer);
}
}
五、有话说
有兴趣的小伙伴可以自己写一个类似的程序，或者在此基础上做修改、加上新的处理逻辑，代码如有瑕疵，敬请见谅！
作者：情欲
来源：juejin.cn/post/7305984583983398950
来源：juejin.cn/post/7305984583983398950
