实验排队功能实现（JAVA）

1.功能要求

　　实验室有固定台数的设备供学生通过网络连接进行实验，一台设备只能同时被一个用户使用，一个用户只能占用一台设备。

　　下面是一个功能的简图：

　　

2.实现方案

　　2.1 初始化

　　

　　　　在项目启动之后，开始进行实验设备排队功能的初始化，需要初始化的有：

　　　　　　a，新建用于存放设备的队列，并从数据库中查出所有可正常使用的设备放入队列中；

　　　　　　b，新建一个用于排队的线程池，后面会说明用途；

　　　　　　c，新建一个用于存放排队用户的队列。

　　2.2 流程实现

　　　　Thread ：当前的用户的请求线程；waitUsers：存放排队用户线程的队列；Exec：排队的线程池；threadA：在线程池中开启的排队线程；Equipment：存放设备的线程

3.具体实现

　　3.1.队列初始化

/**
 * 初始化队列及线程池
 * @author yangc
 *
 */
public class EquipmentQueue {
    //设备队列
    public static BlockingQueue<Equipment> equipment;
    //请求队列
    public static BlockingQueue<WaitUser> waitUsers;
    //线程池
    public static ExecutorService exec;
    
    /**
     * 初始化设备、请求队列及线程池
     */
    public void initEquipmentAndUsersQueue(){
        exec = Executors.newCachedThreadPool(); 
        equipment=new LinkedBlockingQueue<Equipment>();
        //将空闲的设备放入设备队列中
        setFreeDevices(exec);
        waitUsers=new LinkedBlockingQueue<WaitUser>();
    }
    
    /**
     * 将空闲的设备放入设备队列中
     * @param exec
     */
    private void setFreeDevices(ExecutorService exec) {
        //获取可用的设备
        List<Record> equipments=getFreeEquipment();
        for (int i = 0; i < equipments.size(); i++) {
            Record  dc=equipments.get(i);
            Equipment de=new Equipment(dc.getInt("id"),dc.getStr("quip_no"),dc.getStr("name"));
            try {
                equipment.put(de);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    
    /**
     * 获取可用的设备（从数据库中查出可用的设备）
     * @return
     */
    public  List<Record> getFreeEquipment(){
        return QuipPartsManager.manager.getFreeEquipment();
    }
}

　　3.2.过滤实验请求

　　　　当用户的实验请求进入时，首先要判断用户在数据库中是否处于未退出的情况，如果处于未退出的状态，将状态改为已结束，然后重新进行排队。

　　　　每次请求实验时，会在数据库中保存一条排队数据，记录排队的用户、状态、使用时间等等信息。WaitUser是实验请求对应的类，主要字段有：Thread（存放实验请求的线程对象）、Session（实验请求对应的用户session）、Test（数据库中排队数据对应的类）。当请求进入后会在过滤器中将用户的请求对象放入到用请求队列中。

//判断当前的用户是否有未退出的实验并进行处理
TestManager.manager.setUserTestInfomation(session);
//获取当前的线程
Thread thread=Thread.currentThread();
//将当前用户为等待
Test test=TestManager.manager.SetUserTestStateForWait(session);
//创建当前的用户请求对象
WaitUser waitUser=new WaitUser();
waitUser.setThread(thread);
waitUser.setSession(session);
waitUser.setTest(test);
//将当前用户请求对象放入队列中
EquipmentQueue.waitUsers.add(waitUser);

　　3.3.执行排队线程并挂起当前线程

　　　　在线程池中分配一个线程给当前的请求，并运行此线程，然后将请求线程挂起。

//在线程池中给当前的用户请求分配线程,运行等待分配设备
EquipmentQueue.exec.execute(waitUser);
//暂停当前的用户请求,当whetherWait等于2时,说明设备绑定已经完成,无需将当前线程挂起
synchronized(thread){
   if(waitUser.getWhetherWait()!=2){
       thread.wait();
   }
}

　　　　开始排队即运行WaitUser中的experiment方法，先从设备队列中获取一个设备，如果没有设备，当前线程将会进入堵塞状态，直到队列中放入设备；如果有设备，从请求队列中取出一个请求对象，设置请求与设备绑定。

public class WaitUser implements Runnable{
    //当前请求的线程对象
    private Thread thread;
    //当前用户的session对象
    private HttpSession session;
    //用于判断线程是否进入wait状态
    private int whetherWait=0;
    //用户的实验对象
    private Test test;

    @Override
    public void run() {
        //当线程未中断时
        while(!Thread.interrupted()){
            experiment();
        }
    }
    
    /**
     *     将实验信息存入数据库,用户信息从session获取,将使用的设备从队列中删除,将设备对象存入session
     */
    public void experiment(){
        try {  
            //取出一个设备
            Equipment equipment=EquipmentQueue.equipment.take();
            EquipmentQueue.equipment.remove(equipment);
            WaitUser waitUser=EquipmentQueue.waitUsers.take();
            EquipmentQueue.waitUsers.remove(waitUser);
            //将设备与用户绑定,状态设置为试验中
            TestManager.manager.bindUserAndEquipment(equipment,waitUser);
        } catch (InterruptedException e) {  
            System.err.println("---" + e.getMessage());  
        } 
    }
    
    
    public Test getTest() {
        return test;
    }

    public void setTest(Test test) {
        this.test = test;
    }

    public int getWhetherWait() {
        return whetherWait;
    }

    public void setWhetherWait(int whetherWait) {
        this.whetherWait = whetherWait;
    }

    public HttpSession getSession() {
        return session;
    }

    public void setSession(HttpSession session) {
        this.session = session;
    }

    public Thread getThread() {
        return thread;
    }

    public void setThread(Thread thread) {
        this.thread = thread;
    }

}

　　3.4.释放请求线程

　　　　当设备绑定成功后，即可释放请求线程，这里有一个需要注意的问题，挂起请求线程与释放请求线程的先后关系（确保不会出现先释放后挂起的情况），把释放与挂起线程放到用显式锁修饰的代码块中，确保同时只会执行一处。当释放锁之后将状态WhetherWait的值设为2，标记此请求已经与设备绑定，不需要挂起。

Thread thread=waitUser.getThread();
 synchronized (thread) {
     waitUser.setWhetherWait(2);
     thread.notify();
 }

4.补充

　　4.1.排队时，给予客户端的反馈

　　　　每次请求实验会存入一条排队数据到数据库中，当完成设备绑定后会将排队数据的状态值设置为“正在使用”，可以在客户端执行一个定时任务，定时从数据库查询处于“排队中”的请求数量，这样就可以在客户端实时显示“排队中，您前面还有10位用户正在等待...”的效果。

　　4.2.用户进入实验后，长时间暂用而不使用的情况处理

　　　　当用户进入实验后，为防止用户长时间的占用实验设备（并没有在使用），需要执行一个定时任务，每间隔一段时间，弹窗确认用户是否在使用，如果用户没有回应，则视为用户已经离开，将用户与设备解绑并退出实验。

　　4.3.用户强行退出的处理（关闭页面/管理浏览器/关闭电脑...强行退出实验的情况）

　　　　当用户强行退出时，在数据库中用户与设备依然处于绑定状态。当用户进入实验后，需要在客户端执行一个定时任务，实时的更新用户的最新实验时间。然后在服务端运行一个定时任务，实时检查数据库中的排队数据，判断状态为“正在使用”的数据中是否有最新的实验时间与当前时间的差值是否大于客户端定时任务的间隔时间（考虑到时间的更新会有一定的延迟，可以适当留些余量）的数据，如果大于则设备与用户解绑。