黑马程序员-张孝祥-7K月薪面试题破解之一_交通灯管理系统

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1.具体需求：

       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。

       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方式展现程序运行结果。

2.画图分析：

    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。

3. 面向对象的分析与设计

       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。

       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。

       每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存。

       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。

       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。

       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。

       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。

       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。

       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。

       设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。

4.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。

package cn.edu.jxau.traffic;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.Timer;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 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。
 * 每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存。
 * 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。
 */

public class Road {
	//面向接口编程：List<E> list = new ArrayList<E>()
	private List<String> vehicles = new ArrayList<String>();	//vehicle:车辆
	private String name = null;
	
	public Road(String name) {
		this.name = name;
		
		//线程和随机时间：模拟车辆不断随机上路的过程
		ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();		//创建一个线程池
		pool.execute(new Runnable() {		//从线程池中挑选一个空闲的线程模拟车辆上路
			public void run() {
				for(int i = 1; i < 1000; i++) {
					try {
						Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1 ) * 1000);
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
					vehicles.add(Road.this.name + "_" + i);
				}
			}
		});
		
		//定时器：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(vehicles.size() > 0) {
							boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
							if(lighted) {
								System.out.println(vehicles.remove(0) + " is traversing!");	//traverse:穿过
							}
						}
					}
				},
				1,
				1,
				TimeUnit.SECONDS);
	}
}

5.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。

package cn.edu.jxau.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 String opposite = null;
	private String next = null;
	private boolean lighted;
	
	//枚举构造函数的修饰符只允许使用“私有”
	private Lamp() {}
	private Lamp(String opposite, String next, boolean lighted) {
		this.opposite = opposite;
		this.next = next;
		this.lighted = lighted;
	}
	
	public boolean isLighted() {
		return this.lighted;
	}
	
	public void light() {
		this.lighted = true;
		if(this.opposite != null) {
			Lamp.valueOf(opposite).light();
		}
		System.out.println(name() + " lamp is green, 下面总共应该有6个方向可以看到车辆通过！");
	}
	
	public Lamp blackOut() {
		this.lighted = false;
		if(this.opposite != null) {
			Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
		}
		
		Lamp nextLamp = null;
		if(this.next != null) {
			nextLamp = Lamp.valueOf(next);
			System.out.println("绿灯从" + name() + "------切换为------>" + next);
			nextLamp.light();
		}
		return nextLamp;
	}
}

6.LampControler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。

package cn.edu.jxau.traffic;

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

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

7.MainClass类的编写

       用for循环创建出代表12条路线的对象。

       接着再获得LampControler对象。

package cn.edu.jxau.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 LampControler();
	}
}

运行结果：

N2S lamp is green, 下面总共应该有6个方向可以看到车辆通过！
S2N lamp is green, 下面总共应该有6个方向可以看到车辆通过！
S2N_1 is traversing!
N2W_1 is traversing!
N2S_1 is traversing!
E2N_1 is traversing!
S2E_1 is traversing!
S2N_2 is traversing!
E2N_2 is traversing!
N2W_2 is traversing!
W2S_1 is traversing!
绿灯从S2N------切换为------>S2W
N2E lamp is green, 下面总共应该有6个方向可以看到车辆通过！
S2W lamp is green, 下面总共应该有6个方向可以看到车辆通过！
S2W_1 is traversing!
N2E_1 is traversing!
S2W_2 is traversing!
S2W_3 is traversing!
S2W_4 is traversing!
N2E_2 is traversing!
S2E_2 is traversing!
E2N_3 is traversing!
W2S_2 is traversing!
N2W_3 is traversing!
S2W_5 is traversing!
E2N_4 is traversing!
S2E_3 is traversing!
N2W_4 is traversing!
绿灯从S2W------切换为------>E2W
W2E lamp is green, 下面总共应该有6个方向可以看到车辆通过！
E2W lamp is green, 下面总共应该有6个方向可以看到车辆通过！
E2W_1 is traversing!
W2E_1 is traversing!
E2W_2 is traversing!
W2E_2 is traversing!
E2W_3 is traversing!
W2E_3 is traversing!
E2N_5 is traversing!
W2S_3 is traversing!
E2W_4 is traversing!
W2E_4 is traversing!
W2E_5 is traversing!
N2W_5 is traversing!
E2N_6 is traversing!
E2W_5 is traversing!
W2E_6 is traversing!
S2E_4 is traversing!
W2S_4 is traversing!
绿灯从E2W------切换为------>E2S
W2N lamp is green, 下面总共应该有6个方向可以看到车辆通过！
E2S lamp is green, 下面总共应该有6个方向可以看到车辆通过！
E2S_1 is traversing!
W2N_1 is traversing!
S2E_5 is traversing!
E2S_2 is traversing!
W2N_2 is traversing!
E2S_3 is traversing!
W2N_3 is traversing!
E2N_7 is traversing!
E2S_4 is traversing!
W2N_4 is traversing!
S2E_6 is traversing!
E2S_5 is traversing!
W2N_5 is traversing!
E2N_8 is traversing!
W2N_6 is traversing!
S2E_7 is traversing!
W2N_7 is traversing!
W2S_5 is traversing!
N2W_6 is traversing!
W2N_8 is traversing!
N2W_7 is traversing!
W2N_9 is traversing!
绿灯从E2S------切换为------>S2N
N2S lamp is green, 下面总共应该有6个方向可以看到车辆通过！
S2N lamp is green, 下面总共应该有6个方向可以看到车辆通过！
S2N_3 is traversing!
N2S_2 is traversing!
N2W_8 is traversing!
S2N_4 is traversing!
N2S_3 is traversing!
S2N_5 is traversing!
N2S_4 is traversing!
S2N_6 is traversing!
N2S_5 is traversing!
N2W_9 is traversing!
S2N_7 is traversing!
N2S_6 is traversing!
S2E_8 is traversing!
S2N_8 is traversing!
N2S_7 is traversing!
E2N_9 is traversing!
S2N_9 is traversing!
N2S_8 is traversing!
S2N_10 is traversing!
N2S_9 is traversing!
W2S_6 is traversing!
S2N_11 is traversing!
S2E_9 is traversing!
S2N_12 is traversing!
N2W_10 is traversing!
绿灯从S2N------切换为------>S2W
N2E lamp is green, 下面总共应该有6个方向可以看到车辆通过！
S2W lamp is green, 下面总共应该有6个方向可以看到车辆通过！
S2W_6 is traversing!
N2E_3 is traversing!
S2W_7 is traversing!
N2E_4 is traversing!
E2N_10 is traversing!
S2W_8 is traversing!
N2E_5 is traversing!

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