黑马程序员——面试题之交通灯管理系统

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需求：

交通灯管理系统的项目需求

Ø 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

       。。。

Ø 信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。

Ø 应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。

Ø 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。

注：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。

Ø 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）。

Ø 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。

Ø 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。

图解分析

 面向对象的分析与设计

1、每条路线上都会出现多辆车，路线上要随机增加新的车，在灯绿期间还要每秒钟减少一辆车。

设计一个Road类来表示路线，每个Road对象代表一条路线，总共有12条路线，即系统中总共要产生12个Road实例对象。

每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存。

每条路线每隔一秒都会检查控制本路线的灯是否为绿，是则将本路线保存车的集合中的第一辆车移除，即表示车穿过了路口。

每条路线每隔一秒都会检查控制本路线的灯是否为绿，一个灯由绿变红时，应该将下一个方向的灯变绿。

2、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。

总共有12条路线，所以，系统中总共要产生12个交通灯。右拐弯的路线本来不受灯的控制，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，只是这些灯为常亮状态，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。

设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。

Road类的编写

每个Road对象都有一个name成员变量来代表方向，有一个vehicles成员变量来代表方向上的车辆集合。

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）。

在Road对象的构造方法中启动一个定时器，每隔一秒检查该方向上的灯是否为绿，是则打印车辆集合和将集合中的第一辆车移除掉

 

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1. import java.util.ArrayList;  
2. import java.util.List;  
3. import java.util.Random;  
4. import java.util.concurrent.ExecutorService;  
5. import java.util.concurrent.Executors;  
6. import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;  
7. import java.util.concurrent.TimeUnit;  
8.   
9. /**  
10.  * 每个Road对象代表一条路线，总共有12条路线，即系统中总共要产生12个Road实例对象。  
11.  * 每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存。  
12.  * 每条路线每隔一秒都会检查控制本路线的灯是否为绿，是则将本路线保存车的集合中的第一辆车移除，即表示车穿过了路口。  
13.  * @author 张孝祥 www.it315.org  
14.  *  
15.  */  
16. public class Road {  
17.     private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();  
18.       
19.     private String name =null;  
20. /*在这个构造函数中,传回哪个方向的车,  
21. 先开启一个线程池用于产生车辆,一个定时器用于观察交通灯状态*/  
22.     public Road(String name){  
23.         this.name = name;  
24.           
25.         //模拟车辆不断随机上路的过程   
26.        //使用线程池，通过产生单个线程的方法，创建一个线程池    
27.         ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();  
28. 　　//  
29.         pool.execute(new Runnable(){  
30.             public void run(){  
31.                 for(int i=1;i<1000;i++){  
32.                     try {  
33.                         Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);  
34.                     } catch (InterruptedException e) {  
35.                         e.printStackTrace();  
36.                     }  
37.                     vechicles.add(Road.this.name + "_" + i);  
38.                 }                 
39.             }  
40.               
41.         });  
42.           
43.         //每隔一秒检查对应的灯是否为绿，是则放行一辆车      
44. 　　 //产生一个单线程，创建定时器    
45.         ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);  
46.         timer.scheduleAtFixedRate(  
47.                 new Runnable(){  
48.                     public void run(){  
49. 　　 //判断路上是否有车，有则进行相应的操作  
50.                         if(vechicles.size()>0){  
51.                             boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();  
52.  //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    
53.                             if(lighted){  
54.                                 System.out.println(vechicles.remove(0) + " is traversing !");  
55.                             }  
56.                         }  
57.                           
58.                     }  
59.                 },  
60.                 1,  
61.                 1,  
62.                 TimeUnit.SECONDS);  
63.           
64.     }  
65. }  

Lamp类的编写

系统中有12个方向上的灯，在程序的其他地方要根据灯的名称就可以获得对应的灯的实例对象，综合这些因素，将Lamp类用java5中的枚举形式定义更为简单。

1、每个Lamp对象中的亮黑状态用lighted变量表示，选用S2N、S2W、E2W、E2N这四个方向上的Lamp对象依次轮询变亮，Lamp对象中还要有一个oppositeLampName变量来表示它们相反方向的灯，再用一个nextLampName变量来表示此灯变亮后的下一个变亮的灯。这三个变量用构造方法的形式进行赋值，因为枚举元素必须在定义之后引用，所以无法再构造方法中彼此相互引用，所以，相反方向和下一个方向的灯用字符串形式表示。 

2、增加让Lamp变亮和变黑的方法：light和blackOut，对于S2N、S2W、E2W、E2N这四个方向上的Lamp对象，这两个方法内部要让相反方向的灯随之变亮和变黑，blackOut方法还要让下一个灯变亮。

3、除了S2N、S2W、E2W、E2N这四个方向上的Lamp对象之外，其他方向上的Lamp对象的nextLampName和oppositeLampName属性设置为null即可，并且S2N、S2W、E2W、E2N这四个方向上的Lamp对象的nextLampName和oppositeLampName属性必须设置为null，以便防止light和blackOut进入死循环。

 

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1. /**  
2.  * 每个Lamp元素代表一个方向上的灯，总共有12个方向，所有总共有12个Lamp元素。  
3.  * 有如下一些方向上的灯,每两个形成一组，一组灯同时变绿或变红，所以，  
4.  * 程序代码只需要控制每组灯中的一个灯即可：  
5.  * s2n,n2s      
6.  * s2w,n2e  
7.  * e2w,w2e  
8.  * e2s,w2n  
9.  * s2e,n2w  
10.  * e2n,w2s  
11.  * 上面最后两行的灯是虚拟的，由于从南向东和从西向北、以及它们的对应方向不受红绿灯的控制，  
12.  * 所以，可以假想它们总是绿灯。  
13.  * @author 张孝祥 www.it315.org  
14.  *  
15.  */  
16. /**/  
17.   
18. public enum Lamp {  
19.     /*每个枚举元素各表示一个方向的控制灯*/     
20.     S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),  
21.     /*下面元素表示与上面的元素的相反方向的灯，它们的“相反方向灯”和“下一个灯”应忽略不计！*/  
22.     N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),  
23.     /*由南向东和由西向北等右拐弯的灯不受红绿灯的控制，所以，可以假想它们总是绿灯*/  
24.     S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true);  
25.       
26.     private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){  
27.         this.opposite = opposite;  
28.         this.next = next;  
29.         this.lighted = lighted;  
30.     }  
31.   
32.   
33.     /*当前灯是否为绿*/   
34.     private boolean lighted;  
35.     /*与当前灯同时为绿的对应方向*/     
36.     private String opposite;  
37.     /*当前灯变红时下一个变绿的灯*/     
38.     private String next;  
39.     //灯的判断是否亮的方法  
40.     public boolean isLighted(){  
41.         return lighted;  
42.     }  
43.       
44.     /**让这个方向的等亮起来  
45.      * 某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿  
46.      */   
47.     public void light(){  
48.         this.lighted = true;  
49.         if(opposite != null){  
50.             Lamp.valueOf(opposite).light();  
51.         }  
52.         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！");  
53.           
54.     }  
55.       
56.     /**  
57.      * 某个灯变红时，对应方向的灯也要变红，并且下一个方向的灯要变绿  
58.      * @return 下一个要变绿的灯  
59.      */   
60.     public Lamp blackOut(){  
61.         this.lighted = false;  
62.         if(opposite != null){  
63.             Lamp.valueOf(opposite).blackOut();  
64.         }         
65.           
66.         Lamp nextLamp= null;  
67.         if(next != null){  
68. 　　 //当前灯变绿了，让对应的灯也变绿  
69.             nextLamp = Lamp.valueOf(next);  
70.             System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next);            
71.             nextLamp.light();  
72.         }  
73.         return nextLamp;  
74.     }  
75. }  

LampController类的编写

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1. import java.util.concurrent.Executors;  
2. import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;  
3. import java.util.concurrent.TimeUnit;  
4.   
5. public class LampController {  
6.     private Lamp currentLamp;  
7.       
8.     public LampController(){  
9.         //刚开始让由南向北的灯变绿;       
10.         currentLamp = Lamp.S2N;  
11.         currentLamp.light();  
12.           
13.         /*每隔10秒将当前绿灯变为红灯，并让下一个方向的灯变绿*/        
14.         ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);  
15.         timer.scheduleAtFixedRate(  
16.                 new Runnable(){  
17.                     public  void run(){  
18.                         System.out.println("来啊");  
19.                         currentLamp = currentLamp.blackOut();  
20.                 }  
21.                 },  
22.                 10,  
23.                 10,  
24.                 TimeUnit.SECONDS);  
25.     }  

MainClass类的编写

1、用for循环创建出代表12条路线的对象。

2、接着再获得LampController对象并调用其start方法。

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1. public class MainClass {  
2.   
3.     /**  
4.      * @param args  
5.      */  
6.     public static void main(String[] args) {  
7.           
8.         /*产生12个方向的路线*/        
9.         String [] directions = new String[]{  
10.                 "S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"       
11.         };  
12.         for(int i=0;i<directions.length;i++){  
13.             new Road(directions[i]);  
14.         }  
15.           
16.         /*产生整个交通灯系统*/         
17.         new LampController();  
18.     }  
19.   
20. }  
21.   
22. 打印结果：/*N2S lamp is green-----有六个方向的车经过  
23. S2N lamp is green-----有六个方向的车经过  
24. N2S_1 is traversing !  
25. S2N_1 is traversing !  
26. N2W_1 is traversing !  
27. S2N_2 is traversing !  
28. E2N_1 is traversing !  
29. S2E_1 is traversing !  
30. S2N_3 is traversing !  
31. N2S_2 is traversing !  
32. S2N_4 is traversing !  
33. 开始跑吧  
34. 绿灯从S2N-------->切换为S2W  
35. N2E lamp is green-----有六个方向的车经过  
36. S2W lamp is green-----有六个方向的车经过  
37. W2S_1 is traversing !  
38. S2E_2 is traversing !  
39. N2W_2 is traversing !  
40. S2W_1 is traversing !  
41. W2S_2 is traversing !  
42. N2E_1 is traversing !  
43. N2E_2 is traversing !  
44. N2E_3 is traversing !  
45. S2W_2 is traversing !  
46. W2S_3 is traversing !  
47. E2N_2 is traversing !  
48. S2E_3 is traversing !  
49. E2N_3 is traversing !  
50. S2E_4 is traversing !  
51. 开始跑吧  
52. 绿灯从S2W-------->切换为E2W  
53. W2E lamp is green-----有六个方向的车经过  
54. E2W lamp is green-----有六个方向的车经过  
55. E2W_1 is traversing !  
56. N2W_3 is traversing !  
57. E2W_2 is traversing !  
58. W2E_1 is traversing !  
59. E2W_3 is traversing !  
60. W2E_2 is traversing !  
61. W2S_4 is traversing !  
62. E2W_4 is traversing !  
63. N2W_4 is traversing !  
64. W2E_3 is traversing !  
65. S2E_5 is traversing !  
66. E2N_4 is traversing !  
67. E2W_5 is traversing !  
68. W2S_5 is traversing !  
69. N2W_5 is traversing !  
70. W2E_4 is traversing !  
71. */