黑马程序员——面试题之交通灯管理系统

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交通灯管理系统

需求：

交通灯管理系统的项目需求

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

代码：

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;  /**   * 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。   * @author   *   */  public class Road {     private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();            private String name =null;  /*在这个构造函数中,传回哪个方向的车,  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*/      public Road(String name){          this.name = name;          //模拟车辆不断随机上路的过程         //使用线程池，通过产生单个线程的方法，创建一个线程池            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);                      } catch (InterruptedException e) {                          e.printStackTrace();                      }                     vechicles.add(Road.this.name + "_" + i);                 }                             }                        });                    //每隔一秒检查对应的灯是否为绿，是则放行一辆车      　　 //产生一个单线程，创建定时器            ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);          timer.scheduleAtFixedRate(                  new Runnable(){                      public void run(){  　　 //判断路上是否有车，有则进行相应的操作                          if(vechicles.size()>0){                              boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();   //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                                if(lighted){                                  System.out.println(vechicles.remove(0) + " is traversing !");                              }                          }                                               }                  },                  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。

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。

/**   * 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。   * 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，   * 程序代码只需要控制每组灯中的一个灯即可：   * s2n,n2s       * s2w,n2e   * e2w,w2e   * e2s,w2n   * s2e,n2w   * e2n,w2s   * 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，   * 所以，可以假想它们总是绿灯。   * @author王乾坤   *   /**/  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;      //灯的判断是否亮的方法      public boolean isLighted(){          return lighted;      }      /**让这个方向的等亮起来       * 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() + " lamp is green，下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过！");      }      /**       * 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){  　　 //当前灯变绿了，让对应的灯也变绿              nextLamp = Lamp.valueOf(next);              System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next);                        nextLamp.light();          }          return nextLamp;      }  }  

LampController类的编写

代码：

 

import java.util.concurrent.Executors;  import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;  import java.util.concurrent.TimeUnit;  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(){                          System.out.println("来啊");                          currentLamp = currentLamp.blackOut();                  }                  },                  10,                  10,                  TimeUnit.SECONDS }  

import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;import java.util.concurrent.TimeUnit;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(){System.out.println("来啊");currentLamp = currentLamp.blackOut();}},10,10,TimeUnit.SECONDS);}

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。

 

 

public class MainClass {      /**       * @param args       */      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();      }   }    打印结果：/*N2S lamp is green-----有六个方向的车经过  S2N lamp is green-----有六个方向的车经过  N2S_1 is traversing !  S2N_1 is traversing !  N2W_1 is traversing !  S2N_2 is traversing !  E2N_1 is traversing !  S2E_1 is traversing !  S2N_3 is traversing !  N2S_2 is traversing !  S2N_4 is traversing !  开始跑吧  绿灯从S2N-------->切换为S2W  N2E lamp is green-----有六个方向的车经过  S2W lamp is green-----有六个方向的车经过  W2S_1 is traversing !  S2E_2 is traversing !  N2W_2 is traversing !  S2W_1 is traversing !  W2S_2 is traversing !  N2E_1 is traversing !  N2E_2 is traversing !  N2E_3 is traversing !  S2W_2 is traversing !  W2S_3 is traversing ! E2N_2 is traversing !  S2E_3 is traversing !  E2N_3 is traversing !  S2E_4 is traversing !  开始跑吧  绿灯从S2W-------->切换为E2W  W2E lamp is green-----有六个方向的车经过  E2W lamp is green-----有六个方向的车经过  E2W_1 is traversing !  N2W_3 is traversing !  E2W_2 is traversing !  W2E_1 is traversing !  E2W_3 is traversing !  W2E_2 is traversing !  W2S_4 is traversing !  E2W_4 is traversing !  N2W_4 is traversing !  W2E_3 is traversing !  S2E_5 is traversing !  E2N_4 is traversing !  E2W_5 is traversing !  W2S_5 is traversing !  N2W_5 is traversing !  W2E_4 is traversing !  */  

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