java 面试题之交通灯管理系统

需求：

交通灯管理系统的项目需求

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。

Ø 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。

1、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。

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。

2、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。

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。

设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。

2、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

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。

* @author 张孝祥 www.it315.org

*

*/

public class Road {

private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();

private String name =null;

/*在这个构造函数中,传回哪个方向的车,

先开启一个线程池用于产生车辆,一个定时器用于观察交通灯状态*/

public Road(String name){

this.name = name;

//模拟车辆不断随机上路的过程

//使用线程池，通过产生单个线程的方法，创建一个线程池

ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();

　　//

pool.execute(new Runnable(){

public void run(){

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

try {

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

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

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

}

}

});

//每隔一秒检查对应的灯是否为绿，是则放行一辆车

　　 //产生一个单线程，创建定时器

ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);

timer.scheduleAtFixedRate(

new Runnable(){

public void run(){

　　 //判断路上是否有车，有则进行相应的操作

if(vechicles.size()>0){

boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();

//每隔1秒让车通行，通行前要先判断灯是否亮，亮了才能通行，即从集合中移除

if(lighted){

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

}

}

}

},

1,

1,

TimeUnit.SECONDS);

}

}

3、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。

1、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。

2、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。

3、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。

代码：

/**

* 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：

* s2n,n2s

* s2w,n2e

* e2w,w2e

* e2s,w2n

* s2e,n2w

* e2n,w2s

* 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。

* @author 张孝祥 www.it315.org

*

*/

/**/

public enum Lamp {

/*每个枚举元素各表示一个方向的控制灯*/

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*/

private boolean lighted;

/*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;

//灯的判断是否亮的方法

public boolean isLighted(){

return lighted;

}

/**让这个方向的等亮起来

* 某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿

*/

public void light(){

this.lighted = true;

if(opposite != null){

Lamp.valueOf(opposite).light();

}

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){

　　 //当前灯变绿了，让对应的灯也变绿

nextLamp = Lamp.valueOf(next);

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

nextLamp.light();

}

return nextLamp;

}

}

4、LampController类的编写

 

import java.util.concurrent.Executors;

import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

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);

}

 

 

5、MainClass类的编写

 

1、用for循环创建出代表12条路线的对象。

2、接着再获得LampController对象并调用其start方法。

 

public class MainClass {

/**

* @param args

*/

public static void main(String[] args) {

/*产生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]);

}

/*产生整个交通灯系统*/

new LampController();

}

}

打印结果：/*N2S lamp is green-----有六个方向的车经过

S2N lamp is green-----有六个方向的车经过

N2S_1 is traversing !

S2N_1 is traversing !

N2W_1 is traversing !

S2N_2 is traversing !

E2N_1 is traversing !

S2E_1 is traversing !

S2N_3 is traversing !

N2S_2 is traversing !

S2N_4 is traversing !

开始跑吧

绿灯从S2N-------->切换为S2W

N2E lamp is green-----有六个方向的车经过

S2W lamp is green-----有六个方向的车经过

W2S_1 is traversing !

S2E_2 is traversing !

N2W_2 is traversing !

S2W_1 is traversing !

W2S_2 is traversing !

N2E_1 is traversing !

N2E_2 is traversing !

N2E_3 is traversing !

S2W_2 is traversing !

W2S_3 is traversing !

E2N_2 is traversing !

S2E_3 is traversing !

E2N_3 is traversing !

S2E_4 is traversing !

开始跑吧

绿灯从S2W-------->切换为E2W

W2E lamp is green-----有六个方向的车经过

E2W lamp is green-----有六个方向的车经过

E2W_1 is traversing !

N2W_3 is traversing !

E2W_2 is traversing !

W2E_1 is traversing !

E2W_3 is traversing !

W2E_2 is traversing !

W2S_4 is traversing !

E2W_4 is traversing !

N2W_4 is traversing !

W2E_3 is traversing !

S2E_5 is traversing !

E2N_4 is traversing !

E2W_5 is traversing !

W2S_5 is traversing !

N2W_5 is traversing !

W2E_4 is traversing !

*/