面试题——交通灯管理系统

1.   交通灯管理系统

基本思路

1)  交通灯管理系统项目需求

模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：

 

Ø  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

       。。。

 

Ø  信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。
 

Ø  应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。
 

Ø  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。

 

Ø  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）。
 

Ø  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。

 

2)  构建路线图：

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条线路是两两成对的，可以归为4组，所以，程序只需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这4条路线切换，不必额外考虑。

 

精通面向对象的分析和设计的秘诀

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，还需要看其前面是否有车，看前面是否有车，该问哪个对象呢？该问路，路中存储着车辆的集合，显然路上就应该有增加车辆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，只是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。

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，售货员统计收获小票的金额，你把门关上了等。

学员的两个面向对象的面试题，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”，

 

 

1)  小球和绳子

 

2)  石头—椅子

对象有：

石头，石刀，树，木材，椅子

方法有：

石刀工厂.磨石头(石头)

石刀.砍树(树)

家具厂.做椅子(木材)

编写Road类中模拟汽车上路的代码

1)  概述

 

常见问题(回顾第5天)

内部类访问外部类的局部变量，应把外部类的局部变量用final修饰

内部类访问外部类的成员变量，应外部类名.this.成员变量；

 

生成随机整数1~10

(new Random().nextInt(10)+1)

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。

 

void execute(Runnable command):在未来某个时间执行给定的命令

 

面向对象的分析设计：

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。

 

编程思路：

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。

 

2)  使用

publicclass Road {

private List carNames = new ArrayList(); //List是为了面向接口编程

private String name;

public Road(String name)

{

this.name  = name;

//用java5的线程库,创建单个线程的线程池

ExecutorService poo = Executors.newSingleThreadExecutor();

//执行给定的命令

poo.execute(new Runnable(){

publicvoid run()

{

//创建车

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

{

try

{

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

} catch (InterruptedException e)

{

e.printStackTrace();

}

carNames.add(Road.this.name+"_"+i);//内部类访问外部类的成员变量，外部类名.this.变量名

}

}

});

}

}
 

 

 

定时器与Road类中模拟汽车穿过路口

1)  概述

 

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。

 

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；也就是将在 initialDelay后开始执行，然后在 initialDelay+period后执行，接着在 initialDelay + 2
* period后执行，依此类推。如果任务的任何一个执行遇到异常，则后续执行都会被取消。否则，只能通过执行程序的取消或终止方法来终止该任务。如果此任务的任何一个执行要花费比其周期更长的时间，则将推迟后续执行，但不会同时执行。

参数：

command - 要执行的任务

initialDelay - 首次执行的延迟时间

period - 连续执行之间的周期

unit - initialDelay 和 period参数的时间单位

 

2)  使用

 

publicclass Road {

private List carNames = new ArrayList(); //List是为了面向接口编程

private String name;

public Road(String name)

{

this.name  = name;

//用java5的线程库,创建单个线程的线程池

ExecutorService poo = Executors.newSingleThreadExecutor();

//执行给定的命令

poo.execute(new Runnable(){

publicvoid run()

{

//创建车

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

{

try

{

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

} catch (InterruptedException e)

{

e.printStackTrace();

}

carNames.add(Road.this.name+"_"+i);//内部类访问外部类的成员变量，外部类名.this.变量名

}

}

});

//创建定时器

ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);

//设置固定频率的定时器

timer.scheduleAtFixedRate(

new Runnable(){

publicvoid run()

{

if(carNames.size()>0)

{

boolean lighted= true;

if(lighted)

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

}

}

},

1, //过多少秒后去执行命令

1, //再过多少秒接着执行命令

TimeUnit.SECONDS);

}

} 

编写表示交通灯的Lamp类的代码

1)  概述

面向对象的分析设计：

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。

 

编程思路

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。

 

2.        
每个Lamp对象中亮黑状态用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。

 

 

1)  使用

 

/**

* 每个Lamp元素代表一个方向上的灯，总共有12个方向，所有总共有12个Lamp元素。

* 有如下一些方向上的灯,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：

*

* 上面最后两行的灯是虚拟的，由于从南向东和从西向北、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。

*/

publicenum Lamp {

/*每个枚举元素(本类对象)各表示一个方向的控制灯，因为直接传入枚举元素编译失败，所以传入字符串*/

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(String opposite,String next,boolean lighted){

this.opposite = opposite;

this.next = next;

this.lighted = lighted;

}

/*当前灯是否为绿*/

privatebooleanlighted;

/*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;

/*相当于javabean中的get方法，获得灯的状态*/

publicboolean isLighted(){

returnlighted;

}

/**

* 某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿

*/

publicvoid light(){

this.lighted = true;

if(opposite != null){

Lamp.valueOf(opposite).light();//返回带指定名称对应的枚举对象。

}

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！");

}

/**

* 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(){

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;

}

}
 

编写交通灯控制器的类

1)  概述

 

编程思路

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

 

4)  使用

 

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();

/*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(){

public  void run(){

System.out.println("来啊");

currentLamp = currentLamp.blackOut();

}

},

10,

10,

TimeUnit.SECONDS);

}

} 

总成测试

1)  编码思路

用for循环结合数组创建出代表12条路线的对象。

接着再获得LampController对象。

 

2)  使用

publicclass MainClass {

/**

* @param args

*/

publicstaticvoid main(String[] args) {

/*产生12个方向的路线，需要创建12个对象，可用数组方式简化代码*/

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]);

}

/*产生整个交通灯系统*/

new LampController();

}

}