面试题——交通灯管理系统
1. 交通灯管理系统
基本思路
1) 交通灯管理系统项目需求
模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：
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。
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) 构建路线图：
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。
精通面向对象的分析和设计的秘诀
我们初步设想一下有哪些对象：红绿灯，红绿灯的控制系统，汽车，路线。汽车看到自己所在路线对应的灯绿了就穿过路口吗？不是，还需要看其前面是否有车，看前面是否有车，该问哪个对象呢？该问路，路中存储着车辆的集合，显然路上就应该有增加车辆和减少车辆的方法了。再看题目，我们这里并不要体现车辆移动的过程，只是捕捉出车辆穿过路口的过程，也就是捕捉路上减少一辆车的过程，所以，这个车并不需要单独设计成为一个对象，用一个字符串表示就可以了。
面向对象设计把握一个重要的经验：谁拥有数据，谁就对外提供操作这些数据的方法。再牢牢掌握几个典型的案例就可以了：人在黑板上画圆，列车司机紧急刹车，售货员统计收获小票的金额，你把门关上了等。
学员的两个面向对象的面试题，用面向对象的方式设计如下情景。
“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”，
“球从一根绳子的一段移动到了另一端”，
1) 小球和绳子
2) 石头—椅子
对象有：
石头，石刀，树，木材，椅子
方法有：
石刀工厂.磨石头(石头)
石刀.砍树(树)
家具厂.做椅子(木材)
编写Road类中模拟汽车上路的代码
1) 概述
常见问题(回顾第5天)
内部类访问外部类的局部变量，应把外部类的局部变量用final修饰
内部类访问外部类的成员变量，应外部类名.this.成员变量；
生成随机整数1~10
(new Random().nextInt(10)+1)
static ExecutorService newSingleThreadExecutor() :创建一个使用单个 worker线程的 Executor，以无界队列方式来运行该线程。
void execute(Runnable command):在未来某个时间执行给定的命令
面向对象的分析设计：
1. 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。
2. 每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存。
3. 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。
编程思路：
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。
2) 使用
publicclass Road {
private List carNames = new ArrayList(); //List是为了面向接口编程
private String name;
public Road(String name)
{
this.name = name;
//用java5的线程库,创建单个线程的线程池
ExecutorService poo = Executors.newSingleThreadExecutor();
//执行给定的命令
poo.execute(new Runnable(){
publicvoid run()
{
//创建车
for(int i=1;i<1000;i++)
{
try
{
Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);
} catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
carNames.add(Road.this.name+"_"+i);//内部类访问外部类的成员变量，外部类名.this.变量名
}
}
});
}
}
定时器与Road类中模拟汽车穿过路口
1) 概述
static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
ScheduledFuture scheduleAtFixedRate(Runnable command,
long initialDelay,
long period,
TimeUnit unit)
创建并执行一个在给定初始延迟后首次启用的定期操作，后续操作具有给定的周期；也就是将在 initialDelay后开始执行，然后在 initialDelay+period后执行，接着在 initialDelay + 2 * period后执行，依此类推。如果任务的任何一个执行遇到异常，则后续执行都会被取消。否则，只能通过执行程序的取消或终止方法来终止该任务。如果此任务的任何一个执行要花费比其周期更长的时间，则将推迟后续执行，但不会同时执行。
参数：
command - 要执行的任务
initialDelay - 首次执行的延迟时间
period - 连续执行之间的周期
unit - initialDelay 和 period参数的时间单位
2) 使用
publicclass Road {
private List carNames = new ArrayList(); //List是为了面向接口编程
private String name;
public Road(String name)
{
this.name = name;
//用java5的线程库,创建单个线程的线程池
ExecutorService poo = Executors.newSingleThreadExecutor();
//执行给定的命令
poo.execute(new Runnable(){
publicvoid run()
{
//创建车
for(int i=1;i<1000;i++)
{
try
{
Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);
} catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
carNames.add(Road.this.name+"_"+i);//内部类访问外部类的成员变量，外部类名.this.变量名
}
}
});
//创建定时器
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
//设置固定频率的定时器
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
publicvoid run()
{
if(carNames.size()>0)
{
boolean lighted= true;
if(lighted)
System.out.println(carNames.remove(0)+"...is traversing !");
}
}
},
1, //过多少秒后去执行命令
1, //再过多少秒接着执行命令
TimeUnit.SECONDS);
}
} 编写表示交通灯的Lamp类的代码
1) 概述
面向对象的分析设计：
1. 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。
2. 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。
5. 设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。
编程思路
1. 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。
2. 每个Lamp对象中亮黑状态用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。
3. 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。
4. 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。
1) 使用
/**
* 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：
*
* 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。
*/
publicenum Lamp {
/*每个枚举元素(本类对象)各表示一个方向的控制灯，因为直接传入枚举元素编译失败，所以传入字符串*/
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*/
privatebooleanlighted;
/*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;
/*相当于javabean中的get方法，获得灯的状态*/
publicboolean isLighted(){
returnlighted;
}
/**
* 某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿
*/
publicvoid light(){
this.lighted = true;
if(opposite != null){
Lamp.valueOf(opposite).light();//返回带指定名称对应的枚举对象。
}
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){
nextLamp = Lamp.valueOf(next);
System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next);
nextLamp.light();
}
return nextLamp;
}
}
编写交通灯控制器的类
1) 概述
编程思路
1) 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。
2) LampController构造方法中要设定第一个为绿的灯。
3) 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
4) 使用
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);
}
} 总成测试
1) 编码思路
用for循环结合数组创建出代表12条路线的对象。
接着再获得LampController对象。
2) 使用
publicclass MainClass {
/**
* @param args
*/
publicstaticvoid main(String[] args) {
/*产生12个方向的路线，需要创建12个对象，可用数组方式简化代码*/
String [] directions = new String[]{
"S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"
};
for(int i=0;i