黑马程序员——7K面试题之交通灯管理系统

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一、交通灯管理系统需求文档 
 
模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：
 
   一、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
       。。。
  二、信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。
  三、应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。
  四、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。
  五、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）。
  六、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。
  七、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、解题思路
 



  
接着进行面向对象的分析和设计
 
（一）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。
（二）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。
 
类的编码实现
 



 
 
（一）Road类
  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。（知识点：ArrayList）
  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）。 (知识点：Random)
  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。 (知识点：ExecutorService)
源码如下：
package com.isoftstone.interview.traffic;

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;

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);

  

 }

}
 
(二）Lamp类

 
   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。（知识点：enum）
   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
4000
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。

源码如下：
package com.isoftstone.interview.traffic;

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 boolean lighted;

  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;

  }

}
 
 
（三）LampController类
 
   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。+
(知识点：ScheduledExecutorService)
源码如下：

package com.isoftstone.interview.traffic;

import java.util.concurrent.Executors;

import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
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();

  

    

  ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);

  timer.scheduleAtFixedRate(

    new Runnable(){

     public  void run(){

      System.out.println("来啊");

      currentLamp = currentLamp.blackOut();

    }

    },

    10,

    10,

    TimeUnit.SECONDS);

  }

}
（四）MainClass类

   1.用for循环创建出代表12条路线的对象。

   2.接着创建出LampController对象。

     源码如下：

package com.isoftstone.interview.traffic;
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]);

  }
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  new LampController();

 }
}