Amazon 26NG OOD 面经：设计多电梯调度系统 Elevator

面试概况

分享一轮七月份 26NG 的 OOD 设计。

BQ

• 紧急需求插队时如何处理？
• 团队任务分配与进度对齐。

OOD：多电梯调度系统

印度裔面试官给了一段描述，其实就是设计一个多电梯调度系统，需要支持：

• 请求楼层
• 上下行调度
• 到达停靠
• 超载判断
• 请求队列管理
• 调度策略抽象
• 多电梯协同

核心类设计

类	职责
Request	一次呼叫：楼层、方向、是否 VIP
Elevator	单部电梯的状态：当前楼层、方向、载重、待停靠楼层
DispatchStrategy	调度策略接口，决定把请求分给哪部电梯
ElevatorController	管理所有电梯和请求队列，负责派单和模式切换

参考骨架

import heapq
from abc import ABC, abstractmethod
from dataclasses import dataclass, field
from enum import Enum

class Direction(Enum):
    UP = 1
    DOWN = -1
    IDLE = 0

@dataclass(order=True)
class Request:
    priority: int                     # VIP = 0，普通 = 1，数字越小越先处理
    floor: int = field(compare=False)
    direction: Direction = field(compare=False)

class Elevator:
    def __init__(self, eid, capacity_kg):
        self.id, self.capacity_kg = eid, capacity_kg
        self.floor, self.load_kg = 0, 0
        self.direction = Direction.IDLE
        self.stops = set()

    def is_overloaded(self):
        return self.load_kg > self.capacity_kg

    def add_stop(self, floor):
        self.stops.add(floor)

    def step(self):
        """每个时间单位移动一层；到达停靠层则开门"""
        if self.is_overloaded():
            return                    # 超载：不关门、不移动
        if not self.stops:
            self.direction = Direction.IDLE
            return
        target = min(self.stops, key=lambda f: abs(f - self.floor))
        if target != self.floor:
            self.direction = Direction.UP if target > self.floor else Direction.DOWN
            self.floor += self.direction.value
        self.stops.discard(self.floor)

class DispatchStrategy(ABC):
    @abstractmethod
    def choose(self, elevators, request): ...

class NearestCarStrategy(DispatchStrategy):
    """选距离最近、且空闲或顺路的电梯"""
    def choose(self, elevators, request):
        def cost(e):
            on_the_way = e.direction in (Direction.IDLE, request.direction)
            return abs(e.floor - request.floor) + (0 if on_the_way else 100)
        candidates = [e for e in elevators if not e.is_overloaded()]
        return min(candidates, key=cost) if candidates else None

class ElevatorController:
    def __init__(self, elevators, strategy: DispatchStrategy):
        self.elevators, self.strategy = elevators, strategy
        self.pending = []             # 优先队列：VIP 先派
        self.fire_mode = False

    def request(self, req: Request):
        if not self.fire_mode:
            heapq.heappush(self.pending, req)

    def set_strategy(self, strategy: DispatchStrategy):
        self.strategy = strategy      # 高峰期等场景直接替换策略

    def enter_fire_mode(self):
        self.fire_mode, self.pending = True, []
        for e in self.elevators:
            e.stops = {0}             # 全部回到一楼，停止接单

    def tick(self):
        while self.pending:
            req = self.pending[0]
            car = self.strategy.choose(self.elevators, req)
            if car is None:
                break                 # 暂时没有可用电梯，下个 tick 再派
            heapq.heappop(self.pending)
            car.add_stop(req.floor)
        for e in self.elevators:
            e.step()

设计要点

• 策略模式：调度算法抽象成 DispatchStrategy，新增算法不需要改 Controller。
• 优先队列：请求队列按优先级出队，天然支持 VIP。
• 模式切换：消防模式集中在 Controller 里处理，清空队列、所有电梯回到一楼。

Follow-up

如果要支持下面这些场景，应该怎么设计？

场景	设计思路
高峰期调度	新增 PeakHourStrategy（比如早高峰让空闲电梯回到大堂待命），用 set_strategy 按时间段切换
VIP 优先	Request.priority 设为更高优先级，在队列中优先派单；也可以给 VIP 预留专用电梯
消防模式	用状态模式（State Pattern）管理 Normal / Fire 模式：进入消防模式时清空请求、全部回到一楼、只响应消防员指令