黑马程序员--Java 7K面试题之交通灯管理系统

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1.交通灯管理系统

1.业务需求：

模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：
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。

2.需求分析：

面对这样的项目问题，切不可空想，画图非常有助于理解和分析问题。

       

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，其它的8条路线是两两成对的，可以归为4组，所以，程序只需要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。

归纳对象：路灯、路线、路灯控制器

3.分析与设计

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。

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.代码编写

Road类的编写（路的代码）

 package com.swust

 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 daoqin
  *
  */
 public class Road {
     private List vechicles = new ArrayList();

     private String name =null;
     public Road(String name){
         this.name = name;

         //模拟车辆不断随机上路的过程
         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);
                 }
             }

         });

         //添加一个计时器，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(vechicles.size()>0){
                             boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
                             if(lighted){
                                 System.out.println(vechicles.remove(0) + " is traversing !");
                             }
                         }

                     }
                 },
                 1,
                 1,
                 TimeUnit.SECONDS);

     }
 }

Lamp类的编写（灯的设计代码）

    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。 

  

 package com.isoftstone.interview.traffic;

 /**
  * 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 daoqin
  *
  */
 /**/

 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;
     }

     private boolean lighted;
     private String opposite;
     private String next;
     public boolean isLighted(){
         return lighted;
     }

     /**
      * 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！");
         //这留有一个疑问，如果当前灯变绿，它的下一个是不是应该是红的啊  为什么不写？
     }

     /**
      * 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;
     }
 }

LampController类的编写（控制器的代码）

 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 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);
     }
 }