【黑马程序员】Java面试题 银行业务调度系统

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1. 需求业务

        模拟实现银行业务调度系统逻辑，具体需求如下：

• 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。
• 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）。
• 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。
• 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）。
• 各类型客户在其对应窗口按顺序依次办理业务。
• 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。
• 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。
• 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。

2. 面向对象的分析与设计

        1）本系统中存在有三种对应类型的客户：VIP客户，普通客户，快速客户，三种客户按照比例随机生成。各用户生成后便在各自的对应窗口排队等候办理业务。熟悉银行业务流畅都知道，银行都是通过叫号机来决定客户办理业务的顺序的。我们可以使用一个程序模拟银行的取号机，让程序不断的产生号码，模拟银行的客户。
        系统有三类用户所以系统要有三个号码管理器对象，同时三个号码管理机要有一个统一的号码管理进行管理，这个号码机整个系统只能存在一个，所以，需要设计成单例模式。
        2）各类型客户在其对应窗口按顺序依次办理业务，准确地说，应该是窗口依次叫号。各个窗口怎么知道该叫哪一个号了呢？它一定是问的相应的号码管理器，即服务窗口每次找号码管理器获取当前要被服务的号码。

3. 系统类图

4. 号码管理机类设计

        1）NumberManager类
        定义一个用于存储上一个客户号码的成员变量和用于存储所有等待服务的客户号码的队列集合。
定义一个产生新号码的方法和获取马上要为之服务的号码的方法，这两个方法被不同的线程操作了相同的数据，所以，要进行同步。

public class NumberManager {
    private int lastNumber = 0;
    private List queueNumbers = new ArrayList();
    
    public synchronized Integer generateNewNumber(){
        queueNumbers.add(++lastNumber);
        return lastNumber;
    }
    
    public synchronized Integer fetchNumber(){
        if(queueNumbers.size()>0){
            return (Integer)queueNumbers.remove(0);
        }else{
            return null;
        }
    }
}

        2）NumberMachine类
定义三个成员变量分别指向三个NumberManager对象，分别表示普通、快速和VIP客户的号码管理器，定义三个对应的方法来返回这三个NumberManager对象。
将NumberMachine类设计成单例。

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;
    }    
}

5. 银行窗口服务类和客户类型类设计

        1）ServiceWindow类

• 定义一个start方法，内部启动一个线程，根据服务窗口的类别分别循环调用三个不同的方法。 
• 定义三个方法分别对三种客户进行服务，为了观察运行效果，应详细打印出其中的细节信息。

/**
 * 没有把VIP窗口和快速窗口做成子类，是因为实际业务中的普通窗口可以随时被设置为VIP窗口和快速窗口。
 * */
public class ServiceWindow {
    private static Logger logger = Logger.getLogger("cn.itcast.bankqueue");
    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(){
                        //下面这种写法的运行效率低，最好是把while放在case下面
                        while(true){
                            switch(type){
                                case COMMON:
                                    commonService();
                                    break;
                                case EXPRESS:
                                    expressService();
                                    break;
                                case VIP:
                                    vipService();
                                    break;
                            }
                        }
                    }
                }
        );
    }
    
    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();
            }                
        }
    }
    
    private void expressService(){
        Integer serviceNumber = NumberMachine.getInstance().getExpressManager().fetchNumber();
        String windowName = "第" + number + "号" + type + "窗口";    
        System.out.println(windowName + "开始获取快速任务!");        
        if(serviceNumber !=null){
            System.out.println(windowName + "开始为第" + serviceNumber + "号快速客户服务");            
            int serviceTime = Constants.MIN_SERVICE_TIME;
            try {
                Thread.sleep(serviceTime);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }        
            System.out.println(windowName + "完成为第" + serviceNumber + "号快速客户服务，总共耗时" + serviceTime/1000 + "秒");        
        }else{
            System.out.println(windowName + "没有取到快速任务！");                
            commonService();
        }
    }
    
    private void vipService(){


        Integer serviceNumber = NumberMachine.getInstance().getVipManager().fetchNumber();
        String windowName = "第" + number + "号" + type + "窗口";    
        System.out.println(windowName + "开始获取VIP任务!");            
        if(serviceNumber !=null){
            System.out.println(windowName + "开始为第" + serviceNumber + "号VIP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VIP客户服务，总共耗时" + serviceTime/1000 + "秒");        
        }else{
            System.out.println(windowName + "没有取到VIP任务！");                
            commonService();
        }    
    }
}

        2）CustomerType枚举类

• 系统中有三种类型的客户，所以用定义一个枚举类，其中定义三个成员分别表示三种类型的客户。
• 重写toString方法，返回类型的中文名称。这是在后面编码时重构出来的，刚开始不用考虑。

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;
    }
}

6. 系统测试类设计

• 用for循环创建出4个普通窗口，再创建出1个快速窗口和一个VIP窗口。
• 接着再创建三个定时器，分别定时去创建新的普通客户号码、新的快速客户号码、新的VIP客户号码。

public class MainClass {
    
    private static Logger logger = Logger.getLogger("cn.itcast.bankqueue");
    
    public static void main(String[] args) {
        //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();        
        
        //普通客户拿号
        Executors.newScheduledThreadPool(1).scheduleAtFixedRate(
                new Runnable(){
                    public void run(){
                        Integer serviceNumber = NumberMachine.getInstance().getCommonManager().generateNewNumber();
                        /**
                         * 采用logger方式，无法看到直观的运行效果，因为logger.log方法内部并不是直接把内容打印出出来，
                         * 而是交给内部的一个线程去处理，所以，打印出来的结果在时间顺序上看起来很混乱。
                         */
                        //logger.info("第" + serviceNumber + "号普通客户正在等待服务！");
                        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);
    }
}

7. 系统运行结果