线程试题二

交通灯管理系统

模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：

     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

    信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。

    应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。

    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。

    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）。

    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。

  分析

    总共有12条路线，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。

   路的分析

     车用字符串代替

     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。

  灯的分析

    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，它控制定时让当前的绿灯变红。

    代码编写

       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。

<span style="font-size:14px;">package com.isoftstone.interview.traffic;

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

public class Road {
	
	//路的名字
	private String name = null;
	//用于装车的集合
	private List<String> vehicles = new ArrayList<String>(); 
	
	public Road(String name){
		this.name = name;
		
		//用随机数模拟车不断的上路    车的产生
		ScheduledExecutorService pool = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
		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();
							}
							vehicles.add(Road.this.name + "-" + i);
						}
					}
					
				});
		
		//每隔一秒会检查灯的颜色  如果是绿色会放一辆车通行    车的减少
		ScheduledExecutorService pool2 = Executors.newScheduledThreadPool(1);
		pool2.scheduleAtFixedRate(
				new Runnable(){
					public void run(){
						if(vehicles.size() > 0){
							boolean hight = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
							if(hight){
								System.out.println(vehicles.remove(0) + " is traversing !" );
							}
						}
					}
				}, 
				1, 
				1, 
				TimeUnit.SECONDS);
	}
}
</span>

Road类 有车这个属性,因此他就应该有车的产生方法,和减少方法.

Lamp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类用枚举形式定义

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 com.isoftstone.interview.traffic;

public enum Lamp {
	//每个元素表示一个方向的灯
	S2N(false,"N2S","S2W"),S2W(false,"N2E","E2W"),E2W(false,"W2E","E2S"),E2S(false,"W2N","S2N"),
	//与上一行相对应的灯,
	N2S(false,null,null),N2E(false,null,null),W2E(false,null,null),W2N(false,null,null),
	//右拐弯的灯 不受红绿灯控制
	S2E(true,null,null),E2N(true,null,null),N2W(true,null,null),W2S(true,null,null);
	
	//表示灯是否为绿
	private boolean lighted;
	//表示与当前灯相对应的灯
	private String opposite;
	//下个为绿灯的灯
	private String nextLamp;
	
	
	
	private Lamp(boolean lighted, String opposite, String nextLamp) {
		this.lighted = lighted;
		this.opposite = opposite;
		this.nextLamp = nextLamp;
	}

	public boolean isLighted(){
		return lighted;
	}
	
	//将某个灯变绿,并且对应的灯也会变绿
	public void light() {
		this.lighted = true;
		if(this.opposite != null) {
			Lamp.valueOf(opposite).light();
		}
		System.out.println(this.name() + " lam is green,现在有6个方向的车在通行");
	}
	
	//某个灯变红并且对应的灯也变红 ,  并将下一个方向和其对应方向的灯变绿
	public Lamp blackOut(){
		this.lighted = false;
		if(opposite != null){
			Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
		}
		
		Lamp next = null;
		if(nextLamp != null) {
			next = Lamp.valueOf(nextLamp);
			next.light();
		}
		
		return next;
	}
}

LampCotroller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。

LampConeroller类为控制控制4个灯的改变

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 lightLamp = Lamp.S2N;
	
	public LampController(){
		lightLamp.light();
		
		//每隔10秒将现在的灯变红,并且将下一个方向的灯变绿
		ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(1);
		pool.scheduleWithFixedDelay(
				new Runnable(){
					public void run(){
						lightLamp = lightLamp.blackOut();
					}
				},
				10,
				10,
				TimeUnit.SECONDS);
	}
	

}

MainClass的编写

用for循环创建出代表12条路线的对象。

接着再获得LampController对象并调用其start方法。

package com.isoftstone.interview.traffic;

public class MainClass {
	
	public static void main(String[] args) {
		
		//产生12条路线
		String[] directions = {"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();		
	}

}

运行结果

N2S lam is green,现在有6个方向的车在通行
S2N lam is green,现在有6个方向的车在通行
W2S-1 is traversing !
E2N-1 is traversing !
N2W-1 is traversing !
E2N-2 is traversing !
N2W-2 is traversing !
S2N-1 is traversing !
S2E-1 is traversing !
N2S-1 is traversing !
S2N-2 is traversing !
S2N-3 is traversing !
W2S-2 is traversing !
N2W-3 is traversing !
N2S-2 is traversing !
N2E lam is green,现在有6个方向的车在通行
S2W lam is green,现在有6个方向的车在通行
S2W-1 is traversing !
N2E-1 is traversing !
N2E-2 is traversing !
S2E-2 is traversing !
N2W-4 is traversing !
S2W-2 is traversing !
W2S-3 is traversing !
W2S-4 is traversing !
E2N-3 is traversing !
N2E-3 is traversing !
N2E-4 is traversing !
W2S-5 is traversing !
S2W-3 is traversing !
N2E-5 is traversing !
E2N-4 is traversing !
S2E-3 is traversing !
N2W-5 is traversing !
W2E lam is green,现在有6个方向的车在通行
E2W lam is green,现在有6个方向的车在通行
W2E-1 is traversing !
E2W-1 is traversing !
E2N-5 is traversing !
W2E-2 is traversing !
E2W-2 is traversing !
E2W-3 is traversing !
N2W-6 is traversing !
W2E-3 is traversing !
W2E-4 is traversing !
W2S-6 is traversing !
S2E-4 is traversing !
E2W-4 is traversing !
W2E-5 is traversing !
E2N-6 is traversing !
E2W-5 is traversing !

知识点总结

1.面向对象设计重要经验：谁拥有数据，谁就对外提供操作这些数据的方法。

练习1:球从一根绳子的一段移动到了另一端

   有一个绳子类,类上有两个Point属性分别是start和end分别代表绳子的两端,类中提供nextPoint()方法,获德下一端的点.

       在小球类中有个属性为绳子,用绳子的nextPoint方法获取下一端的点

练习2:两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

题中有石头,石刀,树,木材和椅子五个对象;

石头作为材料需要一个石头加工厂的方法

将石头作为方法的参数传入方法并且方法返回石刀对象

石刀对象中有一个方法用于生产木材 参数为树,返回值为木材

需要一个椅子加工厂的方法 参数为木材返回值为椅子