黑马程序员 - Java 面试题破解 交通灯管理系统

黑马程序员 - Java 面试题破解 交通灯管理系统

交通灯管理系统的项目需求

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。

切不可空想，一定要画图！

画图非常有助于理解和分析问题。

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，右转弯的四条线路的控制可以假设为常绿状态，另外，其他的8条线路是两两成对的，可以归位4组，所以，程序只需要考虑S2N，S2W，E2W，E2S四条路线的控制灯的切换顺序。与这四条路线相反方向的路线的控制灯跟随这四条路线进行切换。

面向对象的分析与设计

具体有哪些对象：红绿灯，红绿灯的控制系统，汽车，路线。

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。

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。

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。

典型案例：

1、人在黑板上画圆，画圆需要知道圆心的坐标和圆的半径，这些数据是圆身上的，所以应该由圆提供操作这些数据的方法，圆是对象。

2、列车司机紧急刹车，列车提供刹车的方法，司机只是调用这个方法而已，所以列车是对象。

3、售货员统计小票的金额，金额在小票上，所以小票是对象。

4、把门关上，门是对象。

（分享面试题）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”。

StoneKnife = KnifeFactory.createKnife(Stone first,Stone second) Stone material = StoneKnife.cut(tree) tree Chair = ChairFactory.makeChair(material) material chair

Road类的编写

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; 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);//1-10s随机产生 } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } vechicles.add(Road.this.name + "_" + i);//访问外部类的成员变量-->外部类名.变量名（若与内部类中变量冲突，则this） } } }); ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1); timer.scheduleAtFixedRate( new Runnable(){ public void run() { if (vechicles.size()>0) { //boolean lighted = true; boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted(); if (lighted) { System.out.println(vechicles.remove(0)+" is traversing!"); } } }}, 1, 1, TimeUnit.SECONDS); } }

Lamp类的编写

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。

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) { this.opposite = opposite; this.next = next; this.lighted = lighted; } private Lamp() { } private boolean lighted;//true-绿 false-红 private String opposite; private String next; public boolean isLighted(){ return lighted; } 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！"); } 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; } }

LampController类的编写

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。

public class LampController { private Lamp currentLamp; public LampController() { currentLamp = Lamp.S2N; currentLamp.light(); //做定时器 ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1); timer.scheduleAtFixedRate( new Runnable(){ public void run() { currentLamp = currentLamp.blackOut(); } }, 10, 10, TimeUnit.SECONDS); } }

MainClass类的编写

用for循环创建出代表12条路线的对象。

创建LampController对象，程序开始逐条输出。

public class MainClass { public static void main(String[] args) { 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(); } }