黑马程序员+7K面试题 交通灯

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一、概述

交通灯管理系统

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。

画图分析，如下：

图1 交通灯

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。

二、面向对象的分析

1、面向对象设计把握

面向对象设计把握一个重要的经验：谁拥有数据，谁就对外提供操作这些数据的方法。再牢牢掌握几个典型的案例就可以了：人在黑板上画圆，列车司机紧急刹车，售货员统计收获小票的金额，你把门关上了等。

2、面向对象设计例

学员的两个面向对象的面试题，用面向对象的方式设计如下情景。

“两块石头磨成一把石刀，石刀可以砍树，砍成木材，木材做成椅子”

“球从一根绳子的一段移动到了另一端”

例1

StoneKinfe = KnifeFactry.createKnife(stone);

Stone

material = StoneKnife.cut(tree);

Chair = ChairFactory.makeChair(material);

material

chair

三、设计思路 

1、总思路

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。

（1）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。

（2）每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存。

（3）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。

（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）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。

（5）设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。

 2、Road类的编写

1） 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。

2）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）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。

例1

package com.itcast.studay;    import java.util.List;  import java.util.ArrayList;  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 {      private List<String> vechicles=new ArrayList<String>();      private String name=null;            public Road(final String name){//下面内部类访问name，需加final修饰          this.name=name;                  ExecutorService pool=Executors.newSingleThreadExecutor();//创建线程池，线程池内哪个线程空闲，就调用哪个去运行      pool.execute(new Runnable(){            @Override          public void run() {              // TODO Auto-generated method stub              for(int i=0;i<1000;i++){                  try {                      Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);//随机产生0~9的数，再+1就是产生1~10的数,然后乘1000，即为1~10秒                  } catch (InterruptedException e) {                      // TODO Auto-generated catch block                      e.printStackTrace();                  }//休眠一秒                  vechicles.add(name+"_"+i);//这里的name为局部变量,若要调用外部变量也可写为Road.this.name              }          }                });             ScheduledExecutorService timer=Executors.newScheduledThreadPool(1);      timer.scheduleAtFixedRate(              new Runnable(){                  public void run(){                      if(vechicles.size()>0){                          boolean lighted=Lamp.valueOf(name).isLighted();                          if(lighted){                              System.out.println(vechicles.remove(0)+" is travaling~~~");                          }                                                    }                                            }              }, //任务对象              1,//过多少秒执行事件              1, //再过多少秒再次执行              TimeUnit.SECONDS);//说明之前数字的度量单位,秒      }  }   

3、Lamp类的编写

1）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

2）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

3）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

4）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。

 例2：

package com.itcast.studay;    public enum Lamp {      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),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true);            private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){//有参构造方法          this.opposite=opposite;          this.next=next;          this.lighted=lighted;      }            private Lamp(){//无参构造方法                }            private boolean lighted;      private String opposite;      private String next;            public boolean isLighted(){//是否亮          return lighted;      }            public void light(){//绿灯          this.lighted=true;          if(opposite!=null)//东有对应的灯，西没有对应的              Lamp.valueOf(opposite).light();//传入字符串，返回相应的枚举对象                    System.out.println(name()+" lamp is green,下面应该总共有6个方向能看到汽车穿过");      }            public Lamp blackOut(){//红灯          this.lighted=false;          if(opposite!=null){//如果有对应的灯，则变红              Lamp.valueOf(opposite).blackOut();          }                    Lamp nextLamp=null;          if(next!=null){//如果有下一个灯，则变绿              nextLamp=Lamp.valueOf(next);              System.out.println("绿灯从 "+name()+"-------->切换为 "+next);              Lamp.valueOf(next).light();          }          return nextLamp;      }  }  

4、LampController类的编写

1）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。

2）LampController构造方法中要设定第一个为绿的灯。

3）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。

例3

package com.itcast.studay;    import java.util.concurrent.Executors;  import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;  import java.util.concurrent.TimeUnit;    public class LampController {      private Lamp currentLamp;            public LampController(){          currentLamp=Lamp.S2N;//开启南到北的灯，让其变绿          currentLamp.light();                    ScheduledExecutorService timer= Executors.newScheduledThreadPool(1);//定义个控制器          timer.scheduleAtFixedRate(                  new Runnable(){                      public void run(){                          currentLamp=currentLamp.blackOut();                      }                  },                  10,                   10,                   TimeUnit.SECONDS);      }  }  

 5、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。

例4

package com.itcast.studay;    public class MainClass {        /**      * @param args      */      public static void main(String[] args) {          // TODO Auto-generated method stub          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]);                    new LampController();      }    }  

结果输出

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