黑马程序员-----高薪面试题-交通灯管理系统

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一、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。

二、分析：

Road类表示路线，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。
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。
其中在4个右拐弯一直可以通车，所以灯为常绿。
其他8条线路两两成对，可分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。
即，路线1行驶完成后路线2行驶，依次路线3、4，然后循环 路线1、2、3、4。


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，设置这些灯为常亮状态，即永远不变黑。
另外8个灯，它们是两两成对的，可以归为4组，
所以，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。
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。

三、代码实现

1）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。

public class Road {    private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();    private String name = null;    public Road(String name) {this.name = name;// 模拟车辆不断随机上路的过程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);    } 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ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {    public void run() {if (vechicles.size() > 0) {    boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();    if (lighted) {System.out.println(vechicles.remove(0)+ " is traversing !");    }}    }}, 1, 1, TimeUnit.SECONDS);    }}

2）Lamp类

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。

<span style="font-size:14px">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() + " 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) {    nextLamp = Lamp.valueOf(next);    System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next);    nextLamp.light();}return nextLamp;    }}</span>

3）LampController类

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。

<span style="font-size:14px">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);    }}</span>

4）MainClass类

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。

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();    }}