7K面试题之交通灯管理系统

 

交通灯管理系统
一.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：
  1、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
  2、信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。
  3、应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。
  4、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。
  5、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）。
  6、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。
  7、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。
二.分析模拟图如下：

 

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。

三.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。
      (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。
   2、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。
      (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。
 
   3、初步设想规划一下一下有哪些对象：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。
 
四.Road类的编写
   1、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。
   2、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）。
   3、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。 
   4、在讲Road对象的定时器代码时，因为开始阶段还没有设计Lamp类，所以，检查该方向上的灯是否为绿的代码暂时先采用短路方式。
 
五.Lamp类的编写
   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。 
   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。

六.LampController类的编写
   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。

七.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。
   3、String [] directions = {"S2N","N2S","S2W","N2E","E2W","W2E",
      "E2S","W2N","S2W","N2W","E2N","W2S"};
      刚开始把上面的倒数第4个元素写错了（应该写成S2E），所以总是只看到5个方向上有车通过的情况。

八.代码
Road类

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;

public class Road {
 private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();
 
 private String name = null;
 public Road(String name){
  this.name = name;
  
  
  //定义一个线程池
  ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
  //用池来提交任务
  pool.execute(new Runnable(){
   //启动线程
   public void run(){
    
    for(int i=1;i<1000;i++){
     
     try {
      //隔多少秒出现一辆车   1-10秒
      Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);
     } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
     }
     //name访问内部类成员变量
     vechicles.add(Road.this.name + "_" + i);
    }
    
   }
  });
  //做定时器
  ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
  timer.scheduleAtFixedRate(
    new Runnable(){
     //把集合里的第一辆车移走
     public void run(){
      //有车
      if(vechicles.size() > 0){
       //假如灯是绿的
       boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
       if(lighted){
        System.out.println(vechicles.remove(0) +"is traversing !");
        
       }
      }
     }
    }, 1, 1, TimeUnit.SECONDS);//说明前面数字的定量单位
  
  
  /*timer.schedule(
    new Runnable(){},
    1,//过多长时间去干这个事，这个方法只能做一次
    unit
    );*/
  
 }
}

 

Lamp类

package com.isoftstone.interview.traffic;

public enum Lamp {
 S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),
 N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),
 S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true);
 
 //定义个带参数的构造方法
 private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){
  this.opposite = opposite;
  this.next = next;
  this.lighted = lighted;
 }
 /*//定义一个不带参数的构造方法
 private Lamp(){
  
 }*/
 private String next;
 //定义灯
 private boolean lighted;
 //对应的灯
 private String opposite;
 //灯是不是亮的
 public boolean isLighted(){
  return lighted;
 }
 //灯变绿的方法
 public void light(){
  this.lighted = true;
  //不能不加条件，不加条件会死循环，这样东-西，西-null
  if(opposite != null){
   //把名字给它就会返回枚举对象
   Lamp.valueOf(opposite).light();
  }
  System.out.println(name() +"lamp is green,下面应该有6个方向能看到汽车穿过！");
 }
 //等变红
 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

package com.isoftstone.interview.traffic;

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


//控制灯的亮
public class LampController {
 //定义当前的灯
 private Lamp currentLamp;
 
 public LampController(){
  //指向一个灯
  currentLamp = Lamp.S2N;
  currentLamp.light();
  
  //定时器
  ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
  timer.scheduleAtFixedRate(
    new Runnable(){
     public void run(){
      currentLamp.blackOut();
     }
    },
    10,
    10,
    TimeUnit.SECONDS);
 }

}

MainClass类

package com.isoftstone.interview.traffic;

public class MainClass {

 /**
  * @param args
  */
 public static void main(String[] args) {
  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]);
  }
  new LampController();
  

 }

}