BankerAlgorithm

基于 Java Swing 的银行家算法（Banker's Algorithm）演示程序，用于直观展示操作系统中的死锁避免过程。

算法核心与图形界面完全解耦：BankerSolver 是一个不依赖任何 Swing 组件的纯计算类，配有 32 个 JUnit 5 单元测试；BankerAlgorithm 只负责收集输入、调用核心算法、把结果渲染成表格与日志。

功能特性

功能	说明
图形化界面	Swing 实现的明亮主题界面，卡片式布局，中文字体自动探测与回退
参数初始化	可设置进程数、资源种类数、资源总量，资源总量按种类平均分配（余数依次补给靠前的资源）
矩阵编辑	直接编辑 Max 与 Allocation 矩阵，Need 与 Available 自动推导刷新
安全性检测	执行经典安全性算法，输出逐步分配过程与一个安全序列
资源请求处理	按「是否超出 Need → 是否超出 Available → 试探分配后是否仍安全」三级判断处理请求
请求回滚	请求被拒绝时不会改动任何状态，界面数据与内部状态保持一致
示例数据	一键载入教材经典示例（2 进程 / 3 资源 / 总量 29）
运行日志	带对齐格式的过程日志，展示每一步的 Need 与 Work 变化

算法说明

需求矩阵与可用资源

Need[i][j]   = Max[i][j] - Allocation[i][j]
Available[j] = ResourceTotal[j] - Σ Allocation[i][j]

安全性检测采用经典的贪心策略：从进程号最小的开始扫描，找到第一个 Need[i] ≤ Work 的进程让它完成并回收其资源（Work += Allocation[i]），然后从头重新扫描。若一轮扫描中没有任何进程可以推进，则系统处于不安全状态。

该策略得到的安全序列是确定的，但不唯一。测试中除了断言这个确定序列，还会用独立的复算函数验证序列本身确实安全。

资源请求依次经过三级判断：

1. Request > Need → 拒绝（EXCEEDS_NEED），并指出是哪个资源越界
2. Request > Available → 进程等待（INSUFFICIENT_RESOURCES）
3. 试探分配后重新做安全性检测，若不安全 → 拒绝（UNSAFE）

只有三级全部通过才会真正写回状态。

界面预览

程序界面需要在有图形环境的机器上运行才能截图，仓库暂未包含截图。可参考下表自行补充到 docs/screenshots/：

建议文件名	截图内容
docs/screenshots/main-window.png	主界面全貌（参数面板 + 三个矩阵表 + 输出区）
docs/screenshots/safe-sequence.png	安全性检测通过后的安全序列输出
docs/screenshots/request-rejected.png	资源请求被拒绝时的提示与日志

项目结构

BankerAlgorithm/
├── pom.xml                                     Maven 构建配置
├── src/main/java/banker/
│   ├── BankerSolver.java                       算法核心：纯计算，无 UI 依赖
│   └── BankerAlgorithm.java                    Swing 界面：输入收集与结果渲染
├── src/test/java/banker/
│   └── BankerSolverTest.java                   32 个 JUnit 5 单元测试
└── .github/workflows/ci.yml                    CI：JDK 17 / 21 双版本构建与测试

环境要求

• JDK 17 或更高版本（pom.xml 中 maven.compiler.release 设为 17）
• Maven 3.8+（使用 Maven 构建时）
• 图形环境（运行界面时；单元测试不需要）

构建与运行

使用 Maven（推荐）

mvn test                    # 运行单元测试
mvn package                 # 打包成可执行 jar
java -jar target/banker-algorithm.jar

不使用 Maven

只依赖 JDK，手工编译：

javac -encoding UTF-8 -d out src/main/java/banker/*.java
java -cp out banker.BankerAlgorithm

-encoding UTF-8 不能省略：源码包含中文注释与中文字符串，且仓库统一使用 UTF-8 编码。

也可以在 IntelliJ IDEA / Eclipse 中直接打开为 Maven 项目，运行主类 banker.BankerAlgorithm。

测试

mvn test

测试全部集中在 BankerSolverTest，按主题分组：

分组	用例数	覆盖内容
派生量计算	5	Need / Available 推导，以及分配量超限、总量列数不匹配等异常路径
安全性检测	7	教材经典例子、死锁局面、单进程、空系统、矩阵形状校验
canSatisfy	3	逐项比较的边界行为
资源请求处理	8	四种 RequestStatus 全覆盖、零请求、连续请求、非法进程号与畸形请求
工具方法	9	深拷贝独立性、防御性拷贝、集合不可变性、矩阵形状判定

由于算法核心不引用任何 AWT/Swing 类，测试可以在无图形环境（包括 CI）中直接运行。

使用流程

1. 设置进程数、资源种类数和资源总数，点击「初始化」。
2. 在 Max 和 Allocation 表格中填写最大需求与已分配资源。
3. 点击「安全性检测」，在输出区查看系统是否安全及对应的安全序列。
4. 在 Request 区域填写进程号和请求向量，点击「提交请求」。
5. 程序会依次判断是否超出 Need、是否超出 Available，以及试探分配后是否仍处于安全状态。

资源总量分配规则：资源总数会平均分配到各资源类型；当不能整除时，余数依次分配给靠前的资源类型。例如资源总数为 29、资源种类为 3 时，各类资源总量为 [10, 10, 9]。

设计说明

• 算法与界面分离：BankerSolver 不持有任何界面状态，输入输出都是普通数组与不可变的结果对象，因此可以脱离 Swing 单独测试，也便于将来接入 Web 或命令行前端。
• 结果对象代替返回值约定：安全性检测返回 SafetyReport（含 safe、sequence、steps），资源请求返回 RequestReport（含 status、违规资源下标，以及仅在成功时生效的新状态）。调用方可以无条件采用报告中的状态，不会出现「拒绝后数据被改坏」的情况。
• 防御性拷贝：所有对外暴露的数组都是拷贝，sequence() 返回不可变列表，避免外部代码意外修改内部状态。
• 输入校验集中在一处：矩阵形状、负数、越界下标都由核心类统一校验并抛出带中文说明的 IllegalArgumentException，界面只负责把异常信息弹给用户。

已知限制

• 界面截图缺失（见上文「界面预览」）。
• 资源请求的判定结果是「一次试探」的结论，界面不会自动重试；需要用户手动调整请求量。
• 未实现进程主动释放资源的操作，进程完成后资源只体现在安全性检测的 Work 推演中。

路线图

• 补充界面截图与一段演示 GIF。
• 增加「进程完成并释放资源」的交互操作。
• 支持把当前矩阵导出为 CSV，便于写实验报告。
• 增加多组预设数据，方便课堂演示对比。

License

MIT