面试题(交通灯管理系统)

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一、需求：

模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：

1、异步随机生成按照各个路线行驶的车辆。

例如：

      由南向而来去往北向的车辆 ----直行车辆

      由西向而来去往南向的车辆---- 右转车辆

      由东向而来去往南向的车辆---- 左转车辆

      ….

2、信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。

3、应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。

4、具体信号灯控制逻辑与现实生活中普通交通灯控制逻辑相同，不考虑特殊情况下的控制逻辑。

5、注意：

1）南北向车辆与东西向车辆交替放行，同方向等待车辆应先放行直行车辆而后放行左转车辆。

2）每辆车通过路口时间为1秒（提示：可通过线程Sleep的方式模拟）。

3）随机生成车辆时间间隔以及红绿灯交换时间间隔自定，可以设置。

4）不要求实现GUI，只考虑系统逻辑实现，可通过Log方式展现程序运行结果。

6、说明：

这里要实现的是模拟十字路口的交通灯管理系统逻辑，是对交通灯的控制，而不是模拟汽车的移动过程。所以不用将车作为主体对象，再单独产生一个类。只需要将车和路绑定在一起即可。

 

二、需求分析：

一）、图解分析：

 

 

简述：

1）这里总共有12条路线，每条路线作为一个对象存在。

2）作为编程模型，可假设每条线路都有一个红绿灯，对其控制。

3）其中右转弯的4条路线的控制灯可以假设为常绿状态。

4）另外的八条线路是两两成对的，就可以归为4组，程序只需考虑图中标注了数字的4条路线的控制灯的切换顺序即可，这4条路线的对应的反向的控制灯是随着这4条路线进行相同切换的。

二）、面向对象的分析与设计：

涉及到的对象：红绿灯、红绿灯控制系统、汽车和路线。

1、对路线和车两个对象的分析：

路拥有车辆这个数据，路本身知道自己身上有几辆车，所以，路作为一个集合，有增加和删除对象（车）的方法，这样就可以将车和路线绑定在一起。

1）设计一个Road类表示路线，有12条路线，就产生12个Road对象。|

2）路里面有一个集合，可以随机增加新的车辆存入集合中，这个集合可以定时的删除车辆。

3）每条路线每隔一秒都会对控制本路线的灯是否为绿，绿灯状态就会将车存入集合；并每隔一秒移除第一辆车，表示车辆穿过路口。

2、对红绿灯和红绿灯控制系统两个对象的分析：

1）设计一个Lamp类来表示一个交通灯，每个交通灯都维护一个状态：亮（绿）或不亮（红），每个交通灯要有变亮和变黑的方法，并且能返回自己的亮黑状态。

2）对应12条路线要产生12个交通灯。右拐弯的路线可不受灯的控制，但是为了让程序采用统一的处理方式，故假设出有四个右拐弯的灯且为常亮状态，即永远不变黑。

3）除了右拐弯方向的其他8条路线的灯，它们是两两成对的，可以归为4组，所以，在编程处理时，只要从这4组中各取出一个灯，对这4个灯依次轮询变亮，与这4个灯方向对应的灯则随之一同变化，因此Lamp类中要有一个变量来记住自己相反方向的灯，在一个Lamp对象的变亮和变黑方法中，将对应方向的灯也变亮和变黑。每个灯变黑时，都伴随者下一个灯的变亮，Lamp类中还用一个变量来记住自己的下一个灯。

4）无论在程序的什么地方去获得某个方向的灯时，每次获得的都是同一个实例对象，所以Lamp类改用枚举来做显然具有很大的方便性，永远都只有代表12个方向的灯的实例对象。

5）设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。

 

三、程序的编写：

一）Road类的编写：

分析：

1、可以将每条路线看作一个对象，就有12个Road的实例对象。

2、每条路线上都有有车，应该随机产生新的车辆，将产生的车辆存储到路内部的一个集合中。在Road对象的构造方法中启动一个线程每隔一个随机的时间向vehicles集合中增加一辆车（用一个“路线名_id”形式的字符串进行表示）。

3、路要以灯为标准，判断是否灯是亮的，在灯亮的时间内，才能让车行驶，即移除路面上的第一辆车。

4、移除车辆的操作，要用到定时器，并每隔一秒检查该方向上灯是否为绿，是则在相应的时间内移除第一辆车，使用scheduleAtFixedRate方法。

 代码实现：

package com.baidu.interview.test;    import java.util.List;  import java.util.ArrayList;  import java.util.Random;  import java.util.concurrent.ExecutorService;  import java.util.concurrent.Executors;  import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;  import java.util.concurrent.TimeUnit;  public class Road {         private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();  //定义一个集合，用于存储车辆和移除车辆           private String name = null;      public Road(String name){                     //依据路名产生车名         this.name = name;                                   //模拟车辆不断随机上路的过程         ExecutorService pool =                //使用线程池，通过产生单个线程的方法，创建一个线程池    Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();                  pool.execute(new Runnable(){  //调用execute方法，可向线程池提交一个任务，让池中的线程执行任务                            public void run() {     //执行的任务，随机产生车，并加入集合                for(int i=1;i<1000;i++){                      try {                                                   Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);  //每个10秒随机产生一辆车                     } catch (InterruptedException e) {                          e.printStackTrace();                      }                      vechicles.add(Road.this.name + "_" + i);                  }              }          });                                     ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);          timer.scheduleAtFixedRate(                      //产生一个单线程，创建定时器                               new Runnable(){                                //执行具体的任务                     public void run(){                                                    if(vechicles.size()>0){  //判断路上是否有车，有则进行相应的操作                                         boolean lighted =//每隔1秒让车通行，通行前要先判断灯是否亮，亮了才能通行，即从集合中移除     Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();                              if(lighted)                                  System.out.println(vechicles.remove(0) + " is traversing !");                          }                      }                 },                  1,                  1,                  TimeUnit.SECONDS                  );      }        }  

二）Lamp类的编写：

分析：

1、总共有12条路线，有12个方向，就需要定义12灯，用枚举类创建灯对象

2、12个灯分别如代码中所示

3、12个灯中，有四个右转的等可设为常亮状态，即S2E,E2N,N2W,W2S

4、对于剩下的灯，可分为4组，每组的两个灯是对应的，这里设置当前灯和对应灯，

5、对应的两个灯是同时亮的，而与其垂直方向的灯则不能亮。如南北方向灯亮，东西方向则不亮

6、当前灯亮时，就要设置对应灯为亮，并设置垂直方向灯为不亮

 代码实现：

package com.baidu.interview.test;   public enum Lamp {      S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),      N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),      S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true);                 private String oppsiteLampName;     //定义当前灯对应方向的灯，同亮           private String nextLampName;     //定义当前灯的下一个灯，当前灯亮，下个灯不亮          private boolean lighted;       //标记当前灯是否为绿灯（亮）         public boolean isLighted(){     //灯的判断是否亮的方法         return lighted;      }               private Lamp(String oppsiteLampName,String nextLampName,boolean lighted){  //构造方法，初始化对象         this.oppsiteLampName = oppsiteLampName;          this.nextLampName = nextLampName;          this.lighted = lighted;      }         public void light(){   //当前灯变绿时，对应的灯也绿了          this.lighted = true;                  if(oppsiteLampName!=null)     //当前灯变绿了，让对应的灯也变绿             Lamp.valueOf(oppsiteLampName).light();                  System.out.println(name() + " lamp is green,下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过！");      }                 public Lamp blackOut(){                //当前灯变红了，对应灯也要变红，并启动下个灯变绿        this.lighted = false;          if(oppsiteLampName!=null)              Lamp.valueOf(oppsiteLampName).blackOut();          Lamp nextLamp = null;          if(nextLampName!=null){              nextLamp = Lamp.valueOf(nextLampName);                          System.out.println("绿灯从" + name() +"切换为" + nextLampName);              nextLamp.light();          }          return nextLamp;                }  }  

三）LampContriller类的编写：

分析：交通灯控制器

1、最开始有个当前灯作为第一个灯运行

2、在构造方法中，

       要指定当前灯为绿状态，以S2N作为第一个

       创建一个定时器，每隔十秒，让当前灯变红，让下一个方向（垂直方向）的灯变绿

代码实现：

import java.util.concurrent.Executors;  import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;  import java.util.concurrent.TimeUnit;  public class LampController {        private Lamp currentLamp;       //定义当前灯                   public LampController(){     //构造函数，指定当前灯并让其为绿         currentLamp = Lamp.S2N;           currentLamp.light();                   ScheduledExecutorService timer =        //每隔10秒将当前绿灯变为红灯，并让下一个方向的灯变绿               Executors.newScheduledThreadPool(1);   //创建定时器                               timer.scheduleAtFixedRate(       //通过定时器的方法，创建线程                  new Runnable() {                      public void run() {                                                  System.out.println("coming...");    //让当前灯变红，并返回下一个灯                         currentLamp = currentLamp.blackOut();                      }                  },                  10,                  10,                  TimeUnit.SECONDS);       }  }  

 

四）主类的编写

测试：

1、创建12条路线，即12个对象

2、运行交通灯控制器系统LampController

代码实现：

package com.baidu.interview.test;  public class TraffTest {           public static void main(String[] args) {                   String[] directions = new String[]{         //将12个方向上的路线存入一个数组                 "S2N","S2W","E2W","E2S",                  "N2S","N2E","W2E","W2N",                  "S2E","E2N","N2W","W2S"           };                  for(int i=0;i<directions.length;i++){      //通过循环创建12个对象，即12条路线             new Road(directions[i]);          }                 new LampController();     //产生整个交通灯系统      }     }  

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