黑马程序员——面试题破解（交通灯管理系统）

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模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：


-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
......


-信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。


-应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。


-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。


-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）。


-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。


-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。


图示：






分析：
总共有12条路线，为了统一编程模型，可以假设每条路线都有一个红绿灯对其进行控制.

右转弯的4条路线的控制灯可以假设称为常绿状态，另外，其他的8条线路是两两成对的，可以归为4组.

所以，程序只需考虑图中标注了数字号的4条路线的控制灯的切换顺序

这4条路线相反方向的路线的控制灯跟随这4条路线切换，不必额外考虑。

代码实现：
先是Road类

-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。

[java] view plaincopyprint?

package com.itheima.traffic;      import java.util.*;  import java.util.concurrent.*;          public class Road {      //车辆的集合      private List<String> vehicles = new ArrayList<String>();            //道路的名字      private String name;            public Road(String name){          this.name = name;                    //模拟车辆随机进入道路的一个过程          ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();          pool.execute(new Runnable(){              public void run() {                  for(int i = 1; i < 1000; i++){                      try {                          Thread.sleep(new Random().nextInt(10)+1*1000);                          //在内部类中要使用外部类的方法里面参数，除了使用final关键字修饰                          //还可以用"外部类类名.this.方法参数名"                          vehicles.add(Road.this.name + "--" + i);                      } catch (InterruptedException e) {                          e.printStackTrace();                      }                  }              }          });                    //使用定时器，每隔一秒就检查灯是否为绿灯，是的话，就放行最前面的车          ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);          timer.scheduleAtFixedRate(                  new Runnable(){                      public void run(){                          if(vehicles.size() > 0){                              boolean lighted = true;                              if(lighted){                                  System.out.println(vehicles.remove(0) + "驶出道路");                              }                          }                      }                  },                   1,                  1,                   TimeUnit.SECONDS);      }  }  

package com.itheima.traffic;import java.util.*;import java.util.concurrent.*;public class Road {//车辆的集合private List<String> vehicles = new ArrayList<String>();//道路的名字private String name;public Road(String name){this.name = name;//模拟车辆随机进入道路的一个过程ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();pool.execute(new Runnable(){public void run() {for(int i = 1; i < 1000; i++){try {Thread.sleep(new Random().nextInt(10)+1*1000);//在内部类中要使用外部类的方法里面参数，除了使用final关键字修饰//还可以用"外部类类名.this.方法参数名"vehicles.add(Road.this.name + "--" + i);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}});//使用定时器，每隔一秒就检查灯是否为绿灯，是的话，就放行最前面的车ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable(){public void run(){if(vehicles.size() > 0){boolean lighted = true;if(lighted){System.out.println(vehicles.remove(0) + "驶出道路");}}}}, 1,1, TimeUnit.SECONDS);}}

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。

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。 

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。

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。

代码：

[java] view plaincopyprint?

package com.itheima.traffic;  
  
  
  
  
public enum Lamp {  
    //每个枚举元素各表示一个方向的控制灯  
    S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),  
    //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！  
    N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),  
    //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  
    S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true);  
      
    private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){  
        this.opposite = opposite;  
        this.next = next;  
        this.lighted = lighted;  
    }  
  
  
  
  
    //当前灯是否为绿     
    private boolean lighted;  
    //与当前灯同时为绿的对应方向   
    private String opposite;  
    //当前灯变红时下一个变绿的灯   
    private String next;  
    public boolean isLighted(){  
        return lighted;  
    }  
      
    /** 
     * 某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿 
     */   
    public void light(){  
        this.lighted = true;  
        if(opposite != null){  
            Lamp.valueOf(opposite).light();  
        }  
        System.out.println(name() + " 灯已经变绿，路上应该有6个方向有汽车穿过！");  
          
    }  
      
    /** 
     * 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 
     * @return 下一个要变绿的灯 
     */   
    public Lamp blackOut(){  
        this.lighted = false;  
        if(opposite != null){  
            Lamp.valueOf(opposite).blackOut();  
        }         
          
        Lamp nextLamp= null;  
        if(next != null){  
            nextLamp = Lamp.valueOf(next);  
            System.out.println("绿灯从" + name() + "--->切换为" + next);             
            nextLamp.light();  
        }  
        return nextLamp;  
    }  
}  

package com.itheima.traffic;public enum Lamp {//每个枚举元素各表示一个方向的控制灯S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),//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！N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),//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S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true);private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){this.opposite = opposite;this.next = next;this.lighted = lighted;}//当前灯是否为绿private boolean lighted;//与当前灯同时为绿的对应方向private String opposite;//当前灯变红时下一个变绿的灯private String next;public boolean isLighted(){return lighted;}/** * 某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿 */public void light(){this.lighted = true;if(opposite != null){Lamp.valueOf(opposite).light();}System.out.println(name() + " 灯已经变绿，路上应该有6个方向有汽车穿过！");}/** * 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 * @return 下一个要变绿的灯 */public Lamp blackOut(){this.lighted = false;if(opposite != null){Lamp.valueOf(opposite).blackOut();}Lamp nextLamp= null;if(next != null){nextLamp = Lamp.valueOf(next);System.out.println("绿灯从" + name() + "--->切换为" + next);nextLamp.light();}return nextLamp;}}

LampController类的编写
整个系统中只能有一套交通灯控制系统，所以，LampController类最好是设计成单例。

LampController构造方法中要设定第一个为绿的灯。

LampController对象的start方法中将当前灯变绿，然后启动一个定时器，每隔10秒将当前灯变红和将下一个灯变绿。

代码：

[java] view plaincopyprint?
package com.itheima.traffic;  
  
  
import java.util.concurrent.*;  
  
  
  
  
public class LampController {  
    private Lamp currentLamp;  
      
    public LampController(){  
        //刚开始让由南向北的灯变绿;       
        currentLamp = Lamp.S2N;  
        currentLamp.light();  
          
        //每隔10秒将当前绿灯变为红灯，并让下一个方向的灯变绿      
        ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);  
        timer.scheduleAtFixedRate(  
                new Runnable(){  
                    public  void run(){  
                        currentLamp = currentLamp.blackOut();  
                }  
                },  
                10,  
                10,  
                TimeUnit.SECONDS);  
    }  
}  

package com.itheima.traffic;import java.util.concurrent.*;public class LampController {private Lamp currentLamp;public LampController(){//刚开始让由南向北的灯变绿;currentLamp = Lamp.S2N;currentLamp.light();//每隔10秒将当前绿灯变为红灯，并让下一个方向的灯变绿ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable(){public  void run(){currentLamp = currentLamp.blackOut();}},10,10,TimeUnit.SECONDS);}}

最后是MainClass类的编写

MainClass用于测试模拟系统。

用for循环创建出代表12条路线的对象。

接着再获得LampController对象并调用其start方法。

代码：

[java] view plaincopyprint?

package com.itheima.traffic;  
  
  
public class MainClass {  
  
  
    public static void main(String[] args) {  
          
        //产生12个方向的路线      
        String [] directions = new String[]{  
                "S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"       
        };  
        for(int i=0;i<directions.length;i++){  
            new Road(directions[i]);  
        }  
          
        //产生整个交通灯系统       
        new LampController();  
    }  
  
  
} 

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