黑馬程序員——淺談java中的面試題（交通燈管理系統）

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一、題目要求

        模擬實現十字路口的交通燈管理系統邏輯，具體需求如：

1、異步隨機生成按照各個路線行駛的車輛。

例如：

        由南向而來去往北向的車輛 ----直行車輛

        由西向而來去往南向的車輛 ----右轉車輛

        由東向而來去往南向的車輛 ----左轉車輛

        。。。

2、信號燈忽略黃燈，只考慮紅燈和綠燈。

3、應考慮左轉車輛控制信號燈，右轉車輛不受信號燈控制。

4、具體信號燈控制邏輯與現實生活中普通交通燈控制邏輯相同，不考慮特殊情況下的控制邏輯。

5、注：

        1）南北向車輛與東西向車輛交替放行，同方向等待車輛應先放行直行車輛而後放行左轉車輛。

        2）每輛車通過路口時間爲1秒（提示：可通過線程Sleep的方式模擬）。

        3）隨機生成車輛時間間隔以及紅綠燈交換時間間隔自定，可以設置。

        4）不要求實現GUI，只考慮系統邏輯實現，可通過Log方式展現程序運行結果。

 

二、題意分析

1、對路口進行圖解分析

分析：

        1）這裏總共有12條路線，每條路線作爲一個對象存在。

        2）爲了統一編程模型，可以假設每條路線都有一個紅綠燈對其進行控制。

        3）其中右轉彎的4條路線的控制燈可以假設稱爲常綠狀態，而不能假設沒有。

        4）另外，其他的8條線路是兩兩成對的，可以歸爲4組，所以，程序只需考慮圖中標註了數字的4條路線的控制燈的切換順序，這4條路線相反方向的路線的控制燈跟隨這4條路線切換，不必額外考慮。

2、面向對象的分析與設計

        1）對象：紅綠燈，紅綠燈的控制系統，汽車，路線。

              a、汽車看到自己所在路線對應的燈綠了就穿過路口嗎？不是，還需要看其前面是否有車，看前面是否有車，該問哪個對象呢？該問路，路中存儲着車輛的集合，顯然路上就應該有增加車輛和減少車輛的方法了。

              b、再看題目，我們這裏並不要體現車輛移動的過程，只是捕捉出車輛穿過路口的過程，也就是捕捉路上減少一輛車的過程，所以，這個車並不需要單獨設計成爲一個對象，用一個字符串表示就可以了。

              c、面向對象設計把握一個重要的經驗：誰擁有數據，誰就對外提供操作這些數據的方法。

        2）對路線這個對象的分析

             每條路線上都會出現多輛車，車對象就相當於是路的數據存在，路線上要隨機增加新的車，且要在燈綠期間還要每秒鐘減少一輛車，路就需要有增刪的方法。

               a、設計一個Road類來表示路線，每個Road對象代表一條路線，總共有12條路線，即系統中總共要產生12個Road實例對象。

               b、每條路線上隨機增加新的車輛，增加到一個集合中保存。 

               c、每條路線每隔一秒都會檢查控制本路線的燈是否爲綠，是則將本路線保存車的集合中的第一輛車移除，即表示車穿過了路口。

        3）對紅綠燈和紅綠燈控制系統兩個對象的分析：

             一個燈由綠變紅時，應該將下一個方向的燈變綠。

              a、設計一個Lamp類來表示一個交通燈，每個交通燈都維護一個狀態：亮（綠）或不亮（紅），每個交通燈要有變亮和變黑的方法，並且能返回自己的亮黑狀態。

              b、總共有12條路線，所以，系統中總共要產生12個交通燈。右拐彎的路線本來不受燈的控制，但是爲了讓程序採用統一的處理方式，故假設出有四個右拐彎的燈，只是這些燈爲常亮狀態，即永遠不變黑。

              c、除了右拐彎方向的其他8條路線的燈，它們是兩兩成對的，可以歸爲4組，所以，在編程處理時，只要從這4組中各取出一個燈，對這4個燈依次輪流變亮，與這4個燈方向對應的燈則隨之一同變化，因此Lamp類中要有一個變量來記住自己相反方向的燈，在一個Lamp對象的變亮和變黑方法中，將對應方向的燈也變亮和變黑。每個燈變黑時，都伴隨着下一個燈的變亮，Lamp類中還用一個變量來記住自己的下一個燈。

               d、無論在程序的什麼地方去獲得某個方向的燈時，每次獲得的都是同一個實例對象，所以Lamp類改用枚舉來做顯然具有很大的方便性，永遠都只有代表12個方向的燈的實例對象。

               e、設計一個LampController類，它定時讓當前的綠燈變紅。

 

三、程序的編寫

1、Road類的編寫：

        1）每個Road對象都有一個name成員變量來代表方向，有一個vehicles（交通工具）成員變量來代表方向上的車輛集合。

        2）在Road對象的構造方法中啓動一個線程每隔一個隨機的時間向vehicles集合中增加一輛車（用一個“路線名_id”形式的字符串進行表示）。

        3）在Road對象的構造方法中啓動一個定時器，每隔一秒檢查該方向上的燈是否爲綠，是則打印車輛集合和將集合中的第一輛車移除掉。使用scheduleAtFixedRate方法。

代碼：

package com.isoftstone.interview.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;

/**
 * 每個Road對象代表一條路線，總共有12條路線，即系統中總共要產生12個Road實例對象。
 * 每條路線上隨機增加新的車輛，增加到一個集合中保存。
 * 每條路線每隔一秒都會檢查控制本路線的燈是否爲綠，是則將本路線保存車的集合中的第一輛車移除，即表示車穿過了路口。
 * @author Godream
 *
 */
public class Road {
	//用面向接口的方式，定義一個集合，用來存儲和操作車輛這個字符串對象
	private List<String> vechicles=new ArrayList<String>();
	//定義路線名變量
	private String name;
	
	public Road(String name){
		this.name=name;
		
		//模擬車輛不斷隨機上路的過程，使用線程池，通過產生單個線程的方法，創建一個線程池 
		ExecutorService pool=Executors.newSingleThreadExecutor();
		//調用execute方法，可向線程池提交一個任務，讓池中的線程執行任務  
		pool.execute(new Runnable(){
			@Override
			//複寫run方法，需要執行的代碼，隨機產生車輛，並存入集合
			public void run() {
				for (int i = 1; i <1000; i++) {
					try {
						//1到10秒內隨機產生一輛車
						Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);
					} catch (InterruptedException e) {
						
						e.printStackTrace();
					}
					//車輛進入路線中
					vechicles.add(Road.this.name+"_"+i);
				}
			}
		});
		
		//定義一個定時器，每隔一秒檢查對應的燈是否爲綠，是則放行一輛車
		ScheduledExecutorService timer=Executors.newScheduledThreadPool(1);
		timer.scheduleAtFixedRate(
				new Runnable() {
					@Override
					//定時器要執行的代碼
					public void run() {
						//判斷該路線中是否有車，有則進行放行操作
						if (vechicles.size()>0) {
							//如果該路線上對應的燈是綠色的，則放行車輛
							boolean lighted=Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
							if(lighted){
								System.out.println(vechicles.remove(0)+"\tis traversing!");
							}
						} 
					}
				}, 
				1,//隔多少秒執行
				1,//週期
				TimeUnit.SECONDS/*時間單位*/);
	}
}

2、Lamp類的編寫

        1）系統中有12個方向上的燈，在程序的其他地方要根據燈的名稱就可以獲得對應的燈的實例對象，綜合這些因素，將Lamp類用java5中的枚舉形式定義更爲簡單。

        2)每個Lamp對象中的亮黑狀態用lighted變量表示，選用S2N、S2W、E2W、E2N這四個方向上的Lamp對象依次輪詢變亮，Lamp對象中還要有一個oppositeLampName變量來表示它們相反方向的燈，再用一個nextLampName變量來表示此燈變亮後的下一個變亮的燈。這三個變量用構造方法的形式進行賦值，因爲枚舉元素必須在定義之後引用，所以無法再構造方法中彼此相互引用，所以，相反方向和下一個方向的燈用字符串形式表示。

        3)增加讓Lamp變亮和變黑的方法：light和blackOut，對於S2N、S2W、E2W、E2N這四個方向上的Lamp對象，這兩個方法內部要讓相反方向的燈隨之變亮和變黑，blackOut方法還要讓下一個燈變亮。

        4)除了S2N、S2W、E2W、E2N這四個方向上的Lamp對象之外，其他方向上的Lamp對象的nextLampName和oppositeLampName屬性設置爲null即可，並且S2N、S2W、E2W、E2N這四個方向上的Lamp對象的nextLampName和oppositeLampName屬性必須設置爲null，以便防止light和blackOut進入死循環。 

代碼：

  

package com.isoftstone.interview.traffic;
/**
 * 每個Lamp元素代表一個方向上的燈，總共有12個方向，所有總共有12個Lamp元素。
 * 有如下一些方向上的燈,每兩個形成一組，一組燈同時變綠或變紅，所以，
 * 程序代碼只需要控制每組燈中的一個燈即可：
 * s2n,n2s    
 * s2w,n2e
 * e2w,w2e
 * e2s,w2n
 * s2e,n2w
 * e2n,w2s
 * 上面最後兩行的燈是虛擬的，由於從南向東和從西向北、以及它們的對應方向不受紅綠燈的控制，
 * 所以，可以假想它們總是綠燈。
 * @author Godream
 */
//	S2N,S2W,E2W,E2S,N2S,N2E,W2E,W2N,S2E,E2N,N2W,W2S
public enum Lamp {
	/*每個枚舉元素各表示一個方向上的控制燈*/
	S2N(false,"N2S","S2W"),S2W(false,"N2E","E2W"),E2W(false,"W2E","E2S"),E2S(false,"W2N","S2N"),
	/*下面元素表示與上面的元素的相反方向的燈，它們的“反方向燈”和“下一個燈”應忽略不計！*/
	N2S(false,null,null),N2E(false,null,null),W2E(false,null,null),W2N(false,null,null),
	/*下面元素表示四個右轉彎方向的燈，因爲其不受紅綠燈控制，所以可以假設它們總是綠燈*/
	S2E(true,null,null),E2N(true,null,null),N2W(true,null,null),W2S(true,null,null);
	
	//當前燈的狀態，是否爲綠
	private boolean lighted;
	//當前燈變紅時，下個綠的燈
	private String next;
	//與當前燈相反方向的同爲綠的燈
	private String opposite;
	
	//構造函數
	private Lamp(boolean lighted,String opposite,String next){
		this.lighted=lighted;
		this.next=next;
		this.opposite=opposite;
	}
	//提供一個判斷是否爲亮（綠）的方法
	public boolean isLighted(){
		return lighted;
	}
	
	/**
	 * 某個燈變綠時，它對應方向的燈也要變綠
	 */
	public void light(){
		this.lighted=true;
		//爲造成死循環，只將一方擁有反方向的燈
		if (opposite!=null) {
			//將對應的反方向的燈變綠
			Lamp.valueOf(opposite).light();
		}
		System.out.println(name()+"Lamp is green 下面將能看到六個方向的車輛通過。 ");
	}
	
	/**
	 * 某個燈變紅時，對應方向的燈也要變紅，並且下一個方向的燈要變綠
	 * @return 下一個要變綠的燈
	 */	
	
	public Lamp blackout(){
		//當前燈變紅，對應方向的燈也變紅
		this.lighted=false;
		if(opposite!=null){
			Lamp.valueOf(opposite).blackout();
		}
		//當前燈變紅的同時，將下一個燈變綠
		//變將下一個變綠的燈返回
		Lamp nextLamp=null;
		if (next!=null) {
			nextLamp=Lamp.valueOf(next);
			System.out.println("綠燈從"+name()+"——>切換爲"+next);
			nextLamp.light();
		}
		return nextLamp;
	}
}

3、LampController類的編寫

        1）整個系統中只能有一套交通燈控制系統，所以，LampController類最好是設計成單例。

        2）LampController構造方法中要設定第一個爲綠的燈。

        3）LampController對象的start方法中將當前燈變綠，然後啓動一個定時器，每隔10秒將當前燈變紅和將下一個燈變綠。

代碼：

    

package com.isoftstone.interview.traffic;

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

/**
 * 紅綠燈控制系統用來控制紅綠燈的切換時間
 * 每隔10秒將當前燈變紅，並按順序將下一個方向的燈變綠
 * @author Godream
 */

public class LampController {
	//定義當前燈用於第一個綠的燈
	private Lamp currentLamp;
	public LampController(){
		//剛開始讓由南向北的燈變綠
		currentLamp=Lamp.S2N;
		currentLamp.light();
		
		//定義一個定時器，每隔10秒就將當前燈由綠變紅，並將下一個燈變綠
		ScheduledExecutorService timer=Executors.newScheduledThreadPool(1);
		timer.scheduleAtFixedRate(
				new Runnable() {
					@Override
					public void run() {
						//將下一個燈切換爲當前的燈
						currentLamp=currentLamp.blackout();
						System.out.println("燈變了");
					}
				},
				10,
				10, 
				TimeUnit.SECONDS);
	}
}

4、MainClass類的編寫

        1）用for循環創建出代表12條路線的對象。

        2）創建紅綠燈控制系統對象，啓動系統

代碼：

 

package com.isoftstone.interview.traffic;

/**
 * 主程序，用於啓動控制系統，並實現題意過程
 * @author Godream
 */

public class MainClass {

	public static void main(String[] args) {
		/*產生12個方向的路線*/	
		String[] roads={"S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"};  
		for (int i = 0; i < roads.length; i++) {
			new Road(roads[i]);
		}
		/* 產生整個交通燈系統並運行*/	
		new LampController();
	}
}

 

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