awesome-low-level-design咖啡机系统设计
项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/aw/awesome-low-level-design 你是否曾在面试中遇到过需要设计咖啡机系统的问题？或者想了解如何构建一个功能完善的自动售货机系统？本文将通过problems/coffee-vending-machine.md详细介绍咖啡机系统的设计思路和实现方案，帮助你掌握面向对象设计的核心概念和实际应用。
系统需求分析
咖啡机系统需要满足以下核心功能：
- 支持多种咖啡类型，如浓缩咖啡（Espresso）、卡布奇诺（Cappuccino）和拿铁（Latte）
- 每种咖啡有特定价格和配方（配料及数量）
- 显示咖啡选项和价格的菜单
- 用户选择咖啡并完成支付
- 分发所选咖啡并提供找零
- 跟踪配料库存并在不足时发出通知
- 支持多用户并发请求并确保线程安全
系统架构设计
类图设计
系统的核心类结构如下：
主要包含以下关键类：
- Coffee：表示咖啡类型，包含名称、价格和配方
- Ingredient：表示配料，包含名称和数量，提供同步更新方法
- Payment：表示支付信息，包含支付金额
- CoffeeMachine：核心类，管理咖啡机整体功能，采用单例模式确保唯一实例
- CoffeeVendingMachine：应用入口点，演示咖啡机使用，模拟并发用户请求
设计模式应用
本系统采用了多种设计模式，以提高代码的可维护性和扩展性：
- 单例模式：确保CoffeeMachine类只有一个实例，符合实际咖啡机物理设备的唯一性
- 装饰器模式：可用于扩展咖啡功能，如添加额外配料，类似underline_decorator.h中的实现方式
- 观察者模式：用于库存不足时的通知机制
- 命令模式：处理用户的咖啡选择和制作请求
实现方案
系统提供了多种编程语言的实现版本，方便不同技术背景的开发者学习：
各语言实现路径
- Java实现：solutions/java/src/coffeevendingmachine/
- Python实现：solutions/python/coffeevendingmachine/
- C++实现：solutions/cpp/coffeevendingmachine/
- C#实现：solutions/csharp/coffeevendingmachine/
- Go实现：solutions/golang/coffeevendingmachine/
- TypeScript实现：solutions/typescript/src/CoffeeVendingMachine/
核心功能实现
以C++实现为例，核心功能包括：
- 菜单显示：列出所有可用咖啡及价格
- 咖啡选择：用户输入咖啡编号进行选择
- 支付处理：接收用户支付金额，计算找零
- 库存检查：调用hasEnoughIngredients方法检查配料是否充足
- 咖啡制作：调用updateIngredients方法更新配料数量，完成咖啡制作
总结与扩展
通过本文的学习，你可以掌握咖啡机系统的完整设计思路和实现方法。该系统不仅包含了基本的咖啡制作功能，还考虑了并发控制、库存管理和支付处理等实际场景需求。
如果你想进一步扩展系统功能，可以考虑：
- 添加更多咖啡类型和定制选项
- 实现远程监控和管理功能
- 集成移动支付
- 添加用户偏好记忆功能
希望这个设计案例能帮助你提升面向对象设计能力，为面试和实际项目开发打下坚实基础。如果你觉得本文有帮助，请点赞收藏，并关注后续更多系统设计案例分享！
创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考
