面试项目<一>_交通灯管理系统

交通灯管理系统
一、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：

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逻辑相同，不考虑特殊情况下的控制逻辑。

注：南北方向车辆与东西车辆交替放行，同方向等待车辆应先放行直行车辆后放行左转车辆。

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方式展开程序运行结果。

二、需求分析

采用面向对象的思想进行设计：把相应的名称抽象封装成为一个类，并向外提供数据的操作方法，简而言之：谁拥有数据，谁就提供操作数据的方法。

1、首先，经过分析可知，总共有12条路线，为了统一编程模型，可以假定每一条路都有一个红绿灯对其进行控制，右拐弯的4条路线的控制等可以假定为常绿状态。其他的8条路线是两两成对的，可以归为4组，所以，程序只需要考虑如下图所示表明数字的4条线路的控制灯的切换顺序，这4条路线反方向路线的控制灯跟随这4条路线切换。



该系统涉及到四个对象：红绿灯，红绿灯的控制系统，汽车，路线。但汽车并非看到前面的红绿灯变绿就穿过马路，还要判断所在路线上前面是否有车，没有车了才可以穿过马路。所以应该把汽车用一个容器来存储，不单独设计成类，并放在路线的类中，由路线来判断是否放行汽车通过马路。所以，应该单独设计三个类：红绿灯、红绿灯的控制系统、路线。

路线: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，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，并用一个集合保存；路线每隔1秒检查是否为绿灯，是则删除集合中的第一俩车，表示穿过了马路。

红绿灯：设计一个Lamp类表示一个交通灯，每个交通灯都维护一个状态：亮(绿)或者不亮(红)，每个交通灯要有变亮和变黑的方法，并且返回自己的亮黑状态；12条路线对应12个交通灯对象，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；其他8条路线两两成对，分为4组。

控制系统：设计一个LampController类，定时让当前的绿灯变红，并且返回下一个灯(即变绿的灯)。

三、编码实现

Road类：用方向(比如：南向北)标识一条路线，并且用一个List接口子类来存储vehicles车辆的对象。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）。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。

代码如下：

package com.itheima.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 {

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(){
@Override
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);
}
}
});
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
@Override
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,//每隔1秒判断一次
TimeUnit.SECONDS);
}
}

Lamp类：枚举是一种特殊的类，可以让编译器限定实例对象的个数，在这里有12条路线的灯，需要限定，所以把Lamp类设计成枚举更为合适。选用S2N、S2W、E2W、E2S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。

代码如下：

package com.itheima.traffic;

//把红绿灯设计成为枚举类更加适合于简单
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 boolean lighted;
private String opposite;
private String next;

private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){
this.opposite = opposite;
this.next = next;
this.lighted = lighted;
}

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 blachOut(){
this.lighted = false;

if(opposite!=null){
Lamp.valueOf(opposite).blachOut();
}
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：整个系统中只有一套交通灯控制系统，所以最好设计成单例模式；在构造方法中，设定S2N方向的灯先亮(变绿)；并用一个定时器让交通灯交替变化。
代码如下：

package com.itheima.traffic;

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;
currentLamp.light();
ScheduledExecutorService timer =Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
@Override
public void run() {
currentLamp = currentLamp.blachOut();
}
},
10,//过10秒开始执行
10,//时间间隔
TimeUnit.SECONDS);//时间单位
}
}

MainClass类：该类用于启动其中整个系统，在启动时，创建12个路线对象，启动一个红绿灯控制系统，即可。

代码如下：

package com.itheima.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]);
}
new LampController();
}
}