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
bb78

*
* 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。