黑马程序员-7K面试题破解(交通灯管理系统)

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用户需求
模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：
       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。

需求分析
图解说明

文字说明
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。

概要设计
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。

详细设计
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。

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

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

测试类的编写
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

编码
Road类-路类

/*  * 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。  */  public class Road {      // 车辆集合      private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();        // 每条路线的名字      private String name = null;        public Road(final String name) {          this.name = name;            // 模拟车辆不断随机上路的过程          // public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()          // 创建一个使用单个 worker 线程的 Executor，以无界队列方式来运行该线程。          ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();          pool.execute(new Runnable() {              @Override              public void run() {                  for (int i = 1; i < 1000; i++) {                      try {                          // 让线程睡眠，时间随机生成为1-10秒                          Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);                      } catch (InterruptedException e) {                          e.printStackTrace();                      }                      //vechicles.add(Road.this.name + "_" + i);                      //调用SwitchLamp类的静态方法convert()把英文名改成中文名                      vechicles.add(SwitchLamp.convert(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          // public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int          // corePoolSize)          // 创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。          ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);            // ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,long initialDelay,long period,TimeUnit unit)          // 创建并执行一个在给定初始延迟后首次启用的定期操作，后续操作具有给定的周期          // command---要执行的线程          // initialDelay---首次执行的延迟时间          // period---连续执行之间的周期，多少单位以后再执行          // unit---initialDelay和period参数的时间单位，毫秒，秒，分还是什么?          timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {              @Override              public void run() {                  if (vechicles.size() > 0) {                      //获取这条路线的灯对象，再判断这个灯是否为绿色                      //内部类要用到外部类的成员变量外部类名.this.成员变量名                      boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();                      //boolean lighted = Lamp.valueOf(SwitchLamp.convert(Road.this.name)).isLighted();                      //假如绿灯是亮的，则放行一辆车，把这个车在集合中删除，并输出                      if(lighted){                          System.out.println(vechicles.remove(0)+"车通过！");                      }                  }              }          },           1,// 1单位后开始执行          1,// 每过1单位后执行一次          TimeUnit.SECONDS);// 单位：秒      }  }  

 

Lamp类-交通灯类

/**  * Lamp 灯类  *   * 每个Lamp元素代表一个方向的灯，总共有12个方向，所以总共有12个Lamp元素。  * 以下字母代表方向：  *      N------North------北  *      S------South------南  *      W------West-------西  *      E------East-------东  *   * 有如下一些方向的灯，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------南到北，北到南  * S2W,N2E------南到西，北到东  * E2W,W2E------东到西，西到东  * E2S,W2N------东到南，西到北  * S2E,N2W------南到东，北到西  * E2N,W2S------东到北，西到南  * 上面最后两行的灯是虚拟的，由于从南到东和从西向北，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 小小灬程序猿  */  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() {      }        // 构造方法：于当前灯同时为绿的方向，下一个变绿的灯，当前灯是否为绿      private Lamp(String opposite, String next, boolean lighted) {          this.opposite = opposite;          this.next = next;          this.lighted = 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;      // 当前灯是否为绿      private boolean lighted;        /**       * 判断当前灯是否变绿      */      public boolean isLighted() {          return lighted;      }            /**      * 把某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿      */      public void light(){          //把某个变绿          this.lighted=true;          //对应的灯如果不为空，也要变绿          if(opposite !=null){              Lamp.valueOf(opposite).light();          }          //调用SwitchLamp类的静态方法convert()把英文名改成中文名          System.out.println(SwitchLamp.convert(name())+"路交通灯变绿！");      }            /**      * 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(){          //把当前灯变红          this.lighted=false;          //如果对应的灯不是空的话，也把它的灯变红          if(opposite!=null){              Lamp.valueOf(opposite).blackOut();          }                    //下一个要变绿的灯          Lamp nextLamp = null;          //下一个灯如果不为空的话          if(next != null){              //先获取下一个灯的对象              nextLamp = Lamp.valueOf(next);              //打印到控制台              //调用SwitchLamp类的静态方法convert()把英文名改成中文名              System.out.println("绿灯从"+SwitchLamp.convert(name())+"-------->切换为" + SwitchLamp.convert(next));              //把下一个灯变绿              nextLamp.light();          }          return nextLamp;      }  }  

LampContriller类-交通灯控制系统类

/**  * 交通灯控制系统  * @author 小小灬程序猿  *  */  public class LampController {      private Lamp currentLamp;            public LampController(){          //刚开始让由南向北的灯变绿          //获取到由南向北的灯对象          currentLamp=Lamp.S2N;          //把这个灯变绿          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(){                      @Override                      public void run() {                          currentLamp =currentLamp.blackOut();                      }                  },                   10,                  10,                  TimeUnit.SECONDS);      }  }  

SwitchLamp类-工具类

/**  * 工具类，用来把传过来哪路到哪路的英文，变为中文  *   * @author 小小灬程序猿  *   */  public class SwitchLamp {        // 因为工具类，所以构造方法私有      private SwitchLamp() {      }        /**      * 根据传来的路的英文名字，返回路的中文名字      *       * @param 路英文名字      * @return 路中文名字      */      public static String convert(String name) {          // 1.7新特性switch可以是字符串          // 由于我的myeclipse设置不了编译器7.0所以只能用下面的，建议使用switch          // switch(name){          // }          String temp = null;          if (name.equals("S2N")) {              temp = "南到北";          } else if (name.equals("S2W")) {              temp = "南到西";          } else if (name.equals("S2E")) {              temp = "南到东";          } else if (name.equals("N2S")) {              temp = "北到南";          } else if (name.equals("N2E")) {              temp = "北到东";          } else if (name.equals("N2W")) {              temp = "北到西";          } else if (name.equals("E2W")) {              temp = "东到西";          } else if (name.equals("E2S")) {              temp = "东到南";          } else if (name.equals("E2N")) {              temp = "东到北";          } else if (name.equals("W2E")) {              temp = "西到东";          } else if (name.equals("W2N")) {              temp = "西到北";          } else if (name.equals("W2S")) {              temp = "西到南";          }          return temp;      }  }  

MainClass类--测试类

<span style="color:#000000;">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(String road : directions){              new Road(road);          }          //启动整个交通灯系统          new LampController();      }  }  </span>

说明 ：每次一个灯变绿，对应的一个灯也变绿，还有四个向右转弯的灯，所以每次最多有6个路的车通过，可以少于6个，因为这条路可能没有车，通过查看，比较，发现没有错误。