技术报告：Go 中的并发停车模拟器的开发

简介

该项目由使用 go 开发的并发停车模拟器组成，使用 fyne 图形库作为用户界面。其目标是实时模拟停车场的行为，同时管理车辆的进出，并直观地显示停车位的更新状态。
该项目结合了并发概念、观察者设计模式和图形界面中的动态渲染。本报告详细介绍了这些工具的使用、遇到的挑战（特别是观察者模式和 fyne 模式）以及解决方法，旨在为其他开发者提供技术参考。

1.法恩初始化

fyne 是一个使用 go 开发图形界面的现代库。基本初始化遵循以下步骤：

1. 使用app.new()创建一个新应用程序。
2. 使用app.newwindow()配置主窗口。
3. 使用 fyne 容器和小部件设计内容。
4. 调用 showandrun() 来运行应用程序。

在模拟器中，创建了一个主窗口，集成了停车场视图并连接到并发逻辑模型：

func main() {
    myapp := app.new()
    mainwindow := myapp.newwindow("simulador de parking")

    estacionamiento := models.newestacionamiento(20)
    parkingview := views.newparkingview()

    mainscene := scenes.newmainscene(estacionamiento, parkingview)
    mainwindow.setcontent(parkingview.container)

    mainwindow.showandrun()
}

这个基本流程有利于业务逻辑和图形界面之间的分离。

2.使用观察者模式

为什么使用观察者模式

观察者模式用于保持模型层和视图层同步。当车辆进入或离开停车场时，模型会通知视图，视图会更新相应的图形元素。此模式非常适合多个组件必须对同一事件做出反应的系统。

在 go 中使用观察者模式遇到的问题

在 go 中实现观察者模式可能具有挑战性，特别是对于那些习惯于在 java 或 c# 等面向对象语言中实现的人来说。在 go 中使用此模式的一个常见问题是通知观察者时处理并发和死锁。

最初，迭代模型（停车）中注册的观察者来报告事件会导致竞争条件和崩溃。发生这种情况是因为注册新观察者的方法没有得到适当的保护，导致同时访问观察者列表。

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怎么解决的
为了解决这个问题，使用了互斥锁（sync.mutex）来保护对观察者列表的并发访问。此外，还实现了注册观察者和报告事件的安全方法：

func (e *estacionamiento) registrarobservador(o observer) {
    e.mu.lock()
    defer e.mu.unlock()
    e.observadores = append(e.observadores, o)
}

func (e *estacionamiento) notificarvehiculoentra(id, cajon, espaciosdisponibles, capacidad int) {
    e.mu.lock()
    defer e.mu.unlock()
    for _, o := range e.observadores {
        o.onvehiculoentra(id, cajon, espaciosdisponibles, capacidad)
    }
}

func (e *estacionamiento) notificarvehiculosale(id, cajon, espaciosdisponibles, capacidad int) {
    e.mu.lock()
    defer e.mu.unlock()
    for _, o := range e.observadores {
        o.onvehiculosale(id, cajon, espaciosdisponibles, capacidad)
    }
}

项目中完成实施
停车场模型充当可观察主体，而 mainscene 和其他组件（例如图形视图）是观察者：
1.观察者接口定义：

package models

type observer interface {
    onvehiculoentra(id, cajon, espaciosdisponibles, capacidad int)
    onvehiculosale(id, cajon, espaciosdisponibles, capacidad int)
}

1. 来自模型的事件通知：

func (e *estacionamiento) vehiculoentra(id int) {
    // lógica para manejar la entrada del vehículo
    espaciosdisponibles := e.capacidad - e.ocupados
    e.notificarvehiculoentra(id, cajon, espaciosdisponibles, e.capacidad)
}

func (e *estacionamiento) vehiculosale(id int) {
    // lógica para manejar la salida del vehículo
    espaciosdisponibles := e.capacidad - e.ocupados
    e.notificarvehiculosale(id, cajon, espaciosdisponibles, e.capacidad)
}

1. 观察者回应：

func (s *mainscene) onvehiculoentra(id, cajon, espaciosdisponibles, capacidad int) {
    s.view.updatestate(espaciosdisponibles, capacidad, id, cajon, "entra")
}

func (s *mainscene) onvehiculosale(id, cajon, espaciosdisponibles, capacidad int) {
    s.view.updatestate(espaciosdisponibles, capacidad, id, cajon, "sale")
}

此解决方案可确保更新一致，并且竞争条件不会影响系统性能。

3.技术问题：渲染与位置计算

上下文

主要的技术挑战是计算图形界面中抽屉的位置并实时更新其颜色。抽屉应该：

1. 排成两行，间距均匀。
2. 动态改变颜色（红色表示忙碌，黑色表示可用）。

发现的问题

1. 动态位置计算：停车位必须排成两排，间距均匀。然而，计算和更新这些位置很复杂，因为它们依赖于无布局容器 (container.newwithoutlayout()) 内的精确坐标。
2. 视觉同步：处理多个并发线程时，尝试实时更新抽屉颜色时会出现视觉不一致。有时更改没有反映或导致图形错误。

位置计算
使用绝对坐标来定义初始位置和间距：

xstart, ytop, ybottom := float32(185), float32(120), float32(200)
spotspacing := float32(55)

// fila superior
for i := 0; i < 10; i++ {
    parkingspots = append(parkingspots, fyne.position{x: xstart + float32(i)*spotspacing, y: ytop})
}

// fila inferior
for i := 0; i < 10; i++ {
    parkingspots = append(parkingspots, fyne.position{x: xstart + float32(i)*spotspacing, y: ybottom})
}

动态渲染
实现了根据抽屉的状态绘制抽屉的功能：

func (v *parkingview) drawredrectangle(x, y float32, slotid int) {
    if _, exists := v.slotrects[slotid]; exists {
        return
    }

    rect := canvas.newrectangle(color.rgba{r: 255, g: 0, b: 0, a: 255})
    rect.resize(fyne.newsize(30, 30))
    rect.move(fyne.newpos(x, y))

    v.overlay.add(rect)
    v.slotrects[slotid] = rect
    v.overlay.refresh()
}

func (v *parkingview) removeredrectangle(slotid int) {
    if rect, exists := v.slotrects[slotid]; exists {
        v.overlay.remove(rect)
        delete(v.slotrects, slotid)
        v.overlay.refresh()
    }
}

视觉同步
为了确保视觉变化与系统状态一致，主标签文本和抽屉状态在中央功能内更新：

func (v *ParkingView) UpdateState(espaciosDisponibles, capacidad int, id, cajon int, accion string) {
    v.Label.SetText(fmt.Sprintf("Espacios disponibles: %d/%d", espaciosDisponibles, capacidad))

    if accion == "entra" {
        v.DrawRedRectangle(v.parkingSpots[cajon-1].X, v.parkingSpots[cajon-1].Y, cajon)
    } else if accion == "sale" {
        v.RemoveRedRectangle(cajon)
    }
}

这可确保始终提供准确且最新的图形表示。

结论

这个项目不仅实现了模拟并发停车的目标，还面临着实际的开发问题，例如使用观察者模式和使用 fyne 创建图形界面。遇到的问题和实施的解决方案旨在为其他开始使用 go 或面临类似挑战的开发人员提供指导。
尤其是 go 中观察者模式的实现，演示了如何安全高效地处理并发。本报告通过记录这些问题和解决方案，旨在为有兴趣学习和应用这些工具的程序员社区做出贡献，促进他们的学习和开发过程。
如果您对此实现和解决方案有任何疑问，可以查阅我的 github 存储库：simulador-parking.git