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系统设计：用Go构建停车场系统

130 2024-11-19

在本文中，我们将介绍 go 中停车场系统的低级设计 (lld) 实现。我们将探索系统的不同方面，并了解每个组件如何与其余组件交互。此实现侧重于清晰度和现实世界的实用性，因此如果您想添加更多车辆类型、多种付款选项或现货预订等功能，您可以轻松扩展它。

该系统处理诸如管理停车楼层和停车位、停放车辆和处理付款等任务。我们还将确保它对于并发访问是线程安全的，因此如果我们需要将其扩展到更大的系统，它不会在压力下崩溃。

核心组件

我们的设计包括六个主要组成部分：

停车场 - 管理楼层和停车操作的主要入口点。
停车场 - 每层都有多个停车位，可停放不同类型的车辆。
停车位 - 代表可停放特定类型车辆的停车位。
停车票 - 跟踪进入/退出时间、停车费用和相关车辆。
支付系统 - 处理停车费计算和付款处理。
车辆类型 - 支持不同类型的车辆（汽车、货车、卡车和摩托车）。每种类型的每小时费用不同。

辛格尔顿停车场

我们的停车场使用单例模式。这意味着停车场只有一个实例，该实例创建一次并在整个应用程序中重复使用。这是使其正常工作的代码：

var (
    parkinglotinstance *parkinglot
    once               sync.once
)

type parkinglot struct {
    name   string
    floors []*parkingfloor
}

func getparkinglotinstance() *parkinglot {
    once.do(func() {
        parkinglotinstance = &parkinglot{}
    })
    return parkinglotinstance
}

使用sync.once，我们确保只创建一个实例，即使被多个 goroutine 访问也是如此。

停车场楼层管理

停车场有多层，每层都有针对不同车辆类型（例如汽车、货车、卡车和摩托车）的指定停车位。要向停车场添加楼层，我们使用 addfloor 方法：

func (p *parkinglot) addfloor(floorid int) {
    p.floors = append(p.floors, newparkingfloor(floorid))
}

每个楼层都是使用 newparkingfloor 函数创建的，该函数按车辆类型组织停车位。

停车位

每个 parkingspot 都与特定的车辆类型（例如汽车或摩托车）相关联。这使得系统能够管理和限制每个停车位可以停放的车辆。这是 parkingspot 结构和 parkvehicle 方法：

type parkingspot struct {
    spotid         int
    vehicletype    vehicles.vehicletype
    currentvehicle *vehicles.vehicleinterface
    lock           sync.mutex
}

func (p *parkingspot) parkvehicle(vehicle vehicles.vehicleinterface) error {
    p.lock.lock()
    defer p.lock.unlock()

    if vehicle.getvehicletype() != p.vehicletype {
        return fmt.errorf("vehicle type mismatch: expected %s, got %s", p.vehicletype, vehicle.getvehicletype())
    }
    if p.currentvehicle != nil {
        return fmt.errorf("parking spot already occupied")
    }

    p.currentvehicle = &vehicle
    return nil
}

我们使用互斥锁来确保同一时间只能停放一辆车。

停车券

每辆车都会收到一张票，上面有进入时间、离开时间、停车位和总费用。此票会在车辆退出时更新，并根据停车时间计算费用。

type parkingticket struct {
    entrytime   time.time
    exittime    time.time
    vehicle     vehicles.vehicleinterface
    spot        *parkingspot
    totalcharge float64
}

func newparkingticket(vehicle vehicles.vehicleinterface, spot *parkingspot) *parkingticket {
    return &parkingticket{entrytime: time.now(), exittime: time.time{}, vehicle: vehicle, spot: spot, totalcharge: 0.00}
}

calculatetotalcharge 方法根据车辆类型和持续时间计算停车费。

支付系统

paymentsystem 类处理付款，根据是否支付所需金额更新付款状态：

type paymentsystem struct {
    status        status
    amount        float64
    parkingticket *parkingticket
}

func (p *paymentsystem) processpayment() error {
    if p.parkingticket == nil {
        return fmt.errorf("payment failed: no parking ticket found")
    }
    if p.parkingticket.totalcharge < p.amount {
        p.status = paymentstatusfailed
        return fmt.errorf("payment failed: insufficient funds")
    }

    p.status = paymentstatuscompleted
    return nil
}

processpayment 函数检查金额并将付款状态更新为“已完成”或“失败”。

添加车辆类型

我们的系统支持不同类型的车辆（汽车、货车、卡车和摩托车）。每种类型的每小时费用不同。这是通过在单独的车辆包中设置 vehicletype 和 vehicleinterface 来实现的：

package vehicles

type VehicleType string

const (
    CarType        VehicleType = "Car"
    VanType        VehicleType = "Van"
    TruckType      VehicleType = "Truck"
    MotorcycleType VehicleType = "Motorcycle"
)

type VehicleInterface interface {
    GetLicenceNumber() string
    GetVehicleType() VehicleType
    GetVehicleCost() float64
}

我们可以通过调用newcar、newvan、newtruck等来创建新的车辆，它们都实现了vehicleinterface。