黑马程序员——(面试题)交通灯管理系统

　　——- android培训、java培训、期待与您交流！ ———-

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：
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。

交通路线的示例图：
一共有12条路线，其中右拐的4条路线上的灯是常亮的，剩下的8条路线是两两相对的，所有，只要分析下面有序号的4条路线即可。

二，面向对象的分析与设计
我们初步设想一下有哪些对象：红绿灯，红绿灯的控制系统，汽车，路线。汽车看到自己所在路线对应的灯绿了就穿过路口吗？不是，还需要看其前面是否有车，看前面是否有车，该问哪个对象呢？该问路，路中存储着车辆的集合，显然路上就应该有增加车辆和减少车辆的方法了。再看题目，我们这里并不要体现车辆移动的过程，只是捕捉出车辆穿过路口的过程，也就是捕捉路上减少一辆车的过程，所以，这个车并不需要单独设计成为一个对象，用一个字符串表示就可以了。需要的对象：路，灯，灯的控制系统
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。
用面向对象的方式设计如下情景。
（1）“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”，
StoneKnife=KnifeFactory.createKnife(Stone first,Stone second)
Stone
Materia= StoneKnife.cut(tree t)
Tree
Chair=ChairFactory.makeChair( Material)
Material
Chair

(2)“球从一根绳子的一段移动到了另一端”，

class Rope{    private Point start;    private Point end;    public Rope(Point start,Point end){        this.start=start;        this.end=end;    }    public Point nextPoint(Point currentPoint){        /*通过两点一线的数学公式可以计算当前点的下一个点，这个细节不需要考虑，如果当前点是终止点，则返回null，如果当前点不是线上的点，则抛出异常。*/    }}class Ball{    private Rope rope;    private Point currentPoint;    public Ball(Rope rope,Point startPoint){        this.rope=rope;        this.currentPoint=startPoint;    }    public void move(){        currentPoint=rope.nextPoint(currentPoint);        System.out.println(“小球移动到了”+currentPoint);    }}

交通灯系统分析
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。
（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。

三、具体实现
1，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。

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。 *  * */public class Road {    //变量类型是List，便于面向接口编程    private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();    private String name =null;//路的名字（方向）    //在构造函数里，产生一个线程用来产生车    public Road(String name){        this.name = name;        //模拟车辆不断随机上路的过程        //线程库Executors产生一个线程池               ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();        //该线程池去执行一个任务        pool.execute(new Runnable(){            public void run(){                //产生车                for(int i=1;i<1000;i++){                    try {                //休息1到10秒，1到10秒回随机出现一辆车                        Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);                    } catch  (InterruptedException e) {e.printStackTrace();                    }            //向集合中添加车，访问外部类的成员变Road.this.name                    vechicles.add(Road.this.name + "_" + i);                }                           }        });        //定时器，每隔一秒检查对应的灯是否为绿，是则放行一辆车        //调度池        ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);        //执行任务        timer.scheduleAtFixedRate(                new Runnable(){/*任务*/                    public void run(){                /*检查路上是否有车*/                        if(vechicles.size()>0){//枚举的静态方法Lamp.valueOf(Road.this.name)返回对应名字的对象  boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();                /*假设灯是亮的*/                if(lighted){System.out.println(vechicles.remove(0) + " is traversing !");                            }                        }                    }                },                1,/*过多少秒去执行任务*/                1,/*做完任务之后，再过过多少秒去执行任务*/                TimeUnit.SECONDS);/*前面数字的单位*/    }}

2，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。

/** * 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。* */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的灯的名字*/      private String opposite;    /*当前灯变红时下一个变绿的灯的名字*/        private String next;    //判断灯是否是绿的    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;//灯变绿        //假如有对应的灯        if(opposite != null){            //灯变绿，枚举的静态方法Lamp.valueOf(opposite)返回对应名字的对象            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;//灯变红        //假如有对应的灯        if(opposite != null){            //灯变红，枚举的静态方法Lamp.valueOf(opposite)返回对应名字的对象            Lamp.valueOf(opposite).blackOut();        }               Lamp nextLamp= null;        //假如有下一个的灯        if(next != null){            nextLamp = Lamp.valueOf(next);            System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next);                     nextLamp.light();//下一个灯变绿        }        return nextLamp;    }}

3，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。

import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;import java.util.concurrent.TimeUnit;public class LampController {    private Lamp currentLamp;//当前的灯    public LampController(){        //刚开始让由南向北的灯变绿;             currentLamp = Lamp.S2N;        currentLamp.light();    /*，定时器，每隔10秒将当前绿灯变为红灯，并让下一个方向的灯变绿，该线程池只有1个线程*/              ScheduledExecutorService timer =   Executors.newScheduledThreadPool(1);        //执行任务        timer.scheduleAtFixedRate(                new Runnable(){/*任务*/                    public  void run(){                        System.out.println("来啊");                        currentLamp = currentLamp.blackOut();                }                },                10,/*过多少秒去执行任务*/                10,/*做完任务之后，再过过多少秒去执行任务*/                TimeUnit.SECONDS);/*前面数字的单位*/    }}

4，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();    }}

　　——- android培训、java培训、期待与您交流！ ———-