黑马程序员—7K月薪面试题破解--交通灯管理系统

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1、交通灯管理系统的业务和需求分析

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：

1、异步随机生成按照各个线路行驶的车辆

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，同方向等待车辆应该先放行直行车辆而后放行左转车辆；

5、每辆车通过路口事件为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。

画图分析：



分析：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4条路线的控制灯可以假设称为常绿状态；另外其他的8天路线是两两成

对的，可以归纳4组，所以程序只需要考虑图中标注了数字号的4条路线的控制灯的切换顺序，这4条路线相反方向的路线的控制灯跟随者4条路线切换，不必额外考虑。

2、精通面向对象的分析和设计的秘诀

面向对象的分析和设计：

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。

A、 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；

B、 每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存；

C、 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，即表示车通过了路口；

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。

A、设计一个Lamp类来表示一个交通灯，每隔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。

B、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

灯为常绿状态，即永远不变黑。

C、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个灯依次轮流变亮，与这4个灯方向

对应的灯则随之统一变化；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

伴随着下一个灯的变亮。

思考：

1、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，还要看其前面是否有车，看前面是否

有车该问那个对象呢？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，只要捕捉出车辆穿

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。

2、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

统计收货小票的金额，你把门关上了等。

案例：人在黑板上画圆

对象： person , blackboard , circle

xy是圆的数据（圆心），所以画方法是圆对象的方法

画圆的方法：draw()

{

x,y -----àradius

}

3、两个面向对象的面试题，用面向对象的方式设计如下情景：

面试题1：

“两块石头磨成一把石刀，石刀可以砍树，砍成木材，木材可以做成椅子“

分析：

石刀加工厂：KnifeFactory

StongKnife = KnifeFactory.CreateKnife(Stone s1, Stone s2)

石头：Stone

石刀：StongKnife

Material = StongKnife.cut(Tree tree) 石刀砍树

树：Tree

木材：Material

椅子加工厂：ChairFactory

Chair = ChairFactory.makeChair(Material material)

椅子：Chair

石头变成石刀，显然磨刀方法不能定义在石头中，因为，石头磨成刀自己没了；所以有一个工厂磨刀，将石头作为参数传进去。

面试题2：

“球从一根绳子的一端移动到了另一端“

import java.awt.Point;

/**

* 用面向对象的方式分析：

*球从一根绳子的一端移动到了另一端

*/

class Rope //线

{

private Pointstart;

private Pointend;

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出当前点的下一个点，

* 这个细节不属于设计阶段要考虑的问题。

* 如果当前点是终点则返回null，如果当前点不是线上的点，则抛出异常

*/

returnnull;

}

}

class Ball //球

{

private Roperope;

private PointcurrentPoint;

public Ball(Rope rope, Point currentPoint)

{

this.rope = rope;

this.currentPoint = currentPoint;

}

publicvoid move()

{

currentPoint =rope.nextPoint(currentPoint);

System.out.println("小球移动到了"+currentPoint);

}

}

以下是源代码：

3、编写Road类中模拟汽车上路的代码

import java.util.ArrayList;

import java.util.List;

import java.util.Random;

importjava.util.concurrent.Executor;

import java.util.concurrent.ExecutorService;

import java.util.concurrent.Executors;

import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**

* 路线对象，只要控制一条路线上车辆的增加（每个一秒）

* 还要控制路上车辆减少（当路上有车并且对应的灯是绿的）

* @author Administrator

*

*/

publicclass Road

{

//路对象有一个集合容器用来存放交通工具对象（想象成String）

List<String> vechicles = new ArrayList<String>();//面向接口编程

private Stringname = null;

public Road(String name)

{

/*编写Road类中模拟汽车上路的代码*/

this.name = name;

//创建一个单个线程的线程池

ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();

//往线程池中扔一个任务，就是每隔一秒往路中的集合中加一个车

pool.execute(new Runnable(){

publicvoid run()

{

for(int i=1;i<1000;i++)

{

try {

//每1-10秒加一辆车

Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

vechicles.add(Road.this.name+"_"+i);

}

}

});

4、定时器与Road类中模拟汽车穿过路口

/* 定时器与Road类中模拟汽车穿过路口*/

//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);

timer.scheduleAtFixedRate(

new Runnable(){

publicvoid run() {

if(vechicles.size()>0){

//如果路上有车，并且这条路名字对应的灯是绿的，就让路上车减少

boolean lighted =

Lamp.valueOf(/*内部类访问外部类局部变量*/Road.this.name).isLighted();

if(lighted){

System.out.println(vechicles.remove(0)+" is traversing ! ");

}

}

}

},

1, //1秒后开始

1, //然后每隔1秒执行一次

TimeUnit.SECONDS);

}

}

5、编写表示交通灯的Lamp类的代码

/**

* 交通灯对象，用枚举

* 每个路口的名字对应一个灯的名字

* 灯有三个属性：对面对应的灯（跟着变），下一个灯（此灯熄了要亮的灯），是否亮着的标记

* @author Administrator

*

*/

publicenum Lamp

{

//关注灯只有四个

S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),

//跟着上面变化(相反方向对应的灯)

N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),

//常绿灯（假想）

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() //空参数构造方法，让有些枚举元素不报错

{

}

privatebooleanlighted; //灯是否亮着（绿）

private Stringopposite; //对面同步灯的名字

private Stringnext; //下一个灯的名字

//判断灯是否亮着（绿）

publicboolean isLighted()

{

returnlighted;

}

/**

* 控制灯变亮的方法，灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿

*/

publicvoid light()

{

this.lighted =true; //自己变亮，还有一个任务就是让对面对应灯变亮

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！");

if(opposite!=null){

//让这个名字的灯亮，是对面对应的灯

Lamp.valueOf(opposite).light();

}

//四个右拐弯，个两个灯变绿的

}

/**

* 控制灯变红的方法，灯变红时，它对应方向的灯也要变红，并使下一个灯变绿

*/

public Lamp blackOut()

{

this.lighted =false; //自己变黑

if(opposite!=null){

//让对面的灯也变黑

Lamp.valueOf(opposite).blackOut();

}

Lamp nextLamp = null;

if(next!=null){

System.out.println("绿灯从"+name()+"------>切换为"+next);

//下一个灯变亮

nextLamp = Lamp.valueOf(next);

nextLamp.light();

}

return nextLamp; //返回下一个变绿的灯

}

}

6、 编写交通灯控制器的类和总成测试

import java.util.concurrent.Executors;

import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**

*交通灯控制类： 控制灯亮，首先让一个灯亮，然后每10秒切换

* @author Administrator

*/

publicclass LampController

{

private LampcurrentLamp; //当前亮着的灯

public LampController()

{

//一创建对象就让南到北的灯亮（绿）

currentLamp = Lamp.S2N;

currentLamp.light();

//每隔10秒让下一个灯变亮，自己变黑（红）

//ScheduledExecutorService timer = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();

ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);

timer.scheduleAtFixedRate(

new Runnable(){

publicvoid run() {

//让当前灯熄灭

//System.out.println("灯变了");

currentLamp =currentLamp.blackOut();

}},

10, //十秒后执行run.

10, //之后每隔10秒执行

TimeUnit.SECONDS);

}

}

总测试类：

publicclass MainClass

{

publicstaticvoid main(String[] args)

{

//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]);

}

new LampController(); //交通灯控制对象

}

}

测试结果分析：

S2N lamp is green，下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过！

N2S lamp is green，下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过！

W2S_1 is traversing !

N2S_1 is traversing !

S2E_1 is traversing !

W2S_2 is traversing !

S2N_1 is traversing !

E2N_1 is traversing !

S2E_2 is traversing !

W2S_3 is traversing !

N2S_2 is traversing !

N2W_1 is traversing !

绿灯从S2N------>切换为S2W

S2W lamp is green，下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过！

N2E lamp is green，下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过！

S2W_1 is traversing !

N2E_1 is traversing !

E2N_2 is traversing !

E2N_3 is traversing !

S2E_3 is traversing !