黑马程序员---七千面试题之交通灯管系统

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1.系统需求：

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。

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。

5.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）。

6.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。

7.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。

2.系统分析：

如图：

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。

3.面向对象分析：

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。

Ø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。

Ø每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存。

Ø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。

2.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。

Ø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：绿和红，每个交通灯要有变绿和变红的方法，并且等变红时会返回下一个变绿的灯。

Ø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，只是这些灯为常绿状态，即永远不变红。

Ø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个灯依次轮流变绿，与这4个灯相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对象的变绿和变红方法中，将对应方向的灯也变亮和变红。每个灯变红时，都伴随者下一个灯的变绿，所以Lamp类中还用一个变量来记住自己的下一个灯。

Ø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。

Ø设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。

4.Road类设计：

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。

代码如下：

package cn.djb.traffic;import java.util.ArrayList;import java.util.List;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 {//vehicles成员变量来代表路方向上的车辆集合private List<String> vehicles = new ArrayList<String>();//name成员变量来代表路的方向private String name;public Road(String name){this.name=name;//构造方法内开启一个线程在随机时间内生成车辆ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();pool.execute(new Runnable(){public void run() {for(int i= 0; i<1000; i++){try {Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}vehicles.add(Road.this.name+"_"+i);}}});//开启一个定时器线程，每个一秒检查对应路上的交通灯是否变绿，是则让车辆通过ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable(){public void run() {if(vehicles.size()>0){boolean green = Lamp.valueOf(Road.this.name).isGreen();if(green){System.out.println(vehicles.remove(0)+".......正在通过！");}}}},1, 1, TimeUnit.SECONDS);}}

5.Lamp类的设计

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对象中的红绿状态用green变量表示，选用S2N、S2W、E2W、E2S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
opposite变量来表示它们相反方向的灯，再用一个nextLamp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变绿和变红的方法：setGreen和setRed，对于S2N、S2W、E2W、E2S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绿和
变红，setRed方法还要让下一个灯变绿。
除了S2N、S2W、E2W、E2S这四个方向上的Lamp对象之外，其他方向上的Lamp对象的nextLamp和opposite属性设置为null即可，并且
S2N、S2W、E2W、E2S这四个方向相反反方向的Lamp对象的nextLamp和opposite属性必须设置为null，以便防止setGreen和setRed进入死循环。

代码如下:

package cn.djb.traffic;public enum Lamp {//12个交通灯的枚举实例    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),N2W(null,null,true),E2N(null,null,true),W2S(null,null,true);//相反方向的交通灯private String oppsite;//下一个交通灯private String nextLamp;//交通灯状态private boolean green;private Lamp(String oppsite,String nextLamp,boolean green){this.oppsite=oppsite;this.nextLamp=nextLamp;this.green=green;}private Lamp(){}//获取灯的状态public boolean isGreen() {return green;}//设置灯的颜色为绿色public void setGreen(){this.green = true;System.out.println(this.name()+"灯已变绿，下面可以看见六个方向有车穿过！");if(oppsite!=null){Lamp.valueOf(oppsite).setGreen();}}//把当前的灯设置为为红色，并把下一个灯设置为绿色，返回下一个灯的实例public Lamp setRed(){this.green=false;if(oppsite!=null){Lamp.valueOf(oppsite).setRed();}Lamp next_Lamp=null;if(nextLamp!=null){next_Lamp=Lamp.valueOf(nextLamp);System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + nextLamp);next_Lamp.setGreen();}return next_Lamp;}}

6.LampController类的设计：

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。

package cn.djb.traffic;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;import java.util.concurrent.TimeUnit;public class LampController {//定义一个当前的交通灯private Lamp currentLamp;//在构造方法中初始化当前灯为S2N并且设置状态为绿色private LampController(){currentLamp=Lamp.S2N;currentLamp.setGreen();}private static final LampController lampController = new LampController();public static LampController getInstance(){return lampController;} //开启一个定时器线程，每隔10秒让当前灯变红并返回下一个灯的实例作为当前灯public void start(){ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable(){public void run() {currentLamp=currentLamp.setRed();}},10,10,TimeUnit.SECONDS);}}

7.MainClass设计：

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。

代码如下：

package cn.djb.traffic;public class MainClass {/** * @param args */public static void main(String[] args) {String[] roads={"S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","N2W","E2N","W2S"};for(int i=0;i<roads.length;i++){new Road(roads[i]);}LampController.getInstance().start();}}

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