7K月薪面试题----交通灯管理系统

【题目要求】
模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体有以下需求
1). 异步随机生成按照各个路线行驶的车辆
举例说明如下：
. 由南向北行驶的车辆 ----直行车辆
. 由西向南行驶的车辆 ----右转车辆
. 由东向南行驶的车辆 ----左转车辆
…
2). 信号灯颜色选择范围
忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯
3). 左转车辆和右转车辆的要求
. 左转车辆受到控制信号灯的控制
. 但是右转车辆不受信号灯控制
【注意】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。
4). 其他说明
. 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。

【路线分析】:
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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。

【面向对象向的分析与设计】

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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。
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。"
典型案例:
1)人在黑板上画圆 person--blackboard--circle
draw(){ x,y-->radius}//画圆的方法是由圆提供的
2)司机刹车 driver--car
刹车动作是car身上的方法，司机只是发出了一个触发信号
3)售票员统计票据金额
由售货员对象调用票据对象的getTotalMoney()方法来实现

设计结构图解：

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分析：

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至此，该系统就简化为：路、红绿灯、控制系统三个对象，设计的重点在于"路"增加和减少车辆的功能，
红绿灯变绿和变红两个属性，并具备返回下一个灯的功能（可以集成在变红的方法内），由于路线是两两相对的，
定义一个Lamp 的oppssite 对象，是当前灯变化时，路对面也保持一致
使用单例来编写红绿灯控制系统，调用红绿灯灭灯和亮灯；
路上至少有两个线程，来增加和放行车辆
Road类
根据面向对象的思想，Road上拥有汽车，并且会随机"增加车辆"
路面要即时判断红绿灯的状态使"车辆放行"
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。
Lamp类
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。
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。
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。
LampControler类
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"。
LampController构造方法中要设定第一个为绿的灯。
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。
MainClass
用for循环创建出代表12条路线的对象。
接着再获得LampController对象并调用其start方法。

代码实现：

Road

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package com.itheima.traffic;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
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<>();
private String name = null;
public Road(String name) {//路线构造函数
this.name = name;
//创建单个线程
ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
//添加车辆(随机)
pool.execute(new Runnable(){ //Runnable接口的匿名内部类
public void run(){
for(int n=1; n<1000; n++){
try {
Thread.sleep((int) (Math.random()*1000));//0~1000随机时间
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
vechicles.add(Road.this.name+"_"+n);//添加车辆
//内部类类访问成员变量： Outer.this.field
}
}
});
//定时器，去除集合中元素（模拟车辆通过）
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
@Override
public void run() {
if(vechicles.size() >0){ //如果路上有车
boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
if(lighted){ //判断灯
System.out.println(vechicles.remove(0) + " : is traversing");
}
}
}
},
1, //1秒之后
1, //周期为1个时间单位
TimeUnit.SECONDS);//时间单位为秒
}
}

Lamp

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package com.itheima.traffic;
public enum Lamp {
S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),//东南两个需要看灯的路线
N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),//对面的灯
S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true); //右转路线,一直通行
private Lamp(){ } //空参的构造方法
private Lamp(String opposite, String next , boolean lighted){//实参
this.opposite = opposite;
this.next = next;
this.lighted = lighted;
}
private boolean lighted;
private String opposite; //对面的灯用字符串表示，因为枚举对象的参数不能为后面的对象
private String next;
public boolean isLighted(){//判断灯
return lighted;
}
public void light(){ //亮灯
this.lighted = true;
if(opposite !=null) //条件判断，防止死循环 (opposite没有对应的opposite,不再递归)
Lamp.valueOf(opposite).light();//对面的灯也作出同样的反应
System.out.println(name() + "Lamp is Green ! 6个方向有汽车通过");
}
public Lamp blackOut(){ //灭灯
this.lighted = false;
if(opposite !=null)
Lamp.valueOf(opposite).blackOut();//枚举方法返回该字符串表示的对象
Lamp nextLamp = null;
if(next != null){
nextLamp = Lamp.valueOf(next);
System.out.println("绿灯从 "+name()+" -------转到----->："+next);
nextLamp.light(); //当前绿灯灭时将下一个灯点亮
}
return nextLamp; //灭灯并返回下一个灯
}
}

LampControler

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package com.itheima.traffic;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class LampController {
private Lamp currentLamp;//当前的灯
private LampController(){
currentLamp = Lamp.S2N;
currentLamp.light(); //
//定时器
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
@Override
public void run() {
System.out.println("红绿灯切换中。。。");
currentLamp = currentLamp.blackOut();//灭灯并返回下一个灯
}
},
2, //
2, //每隔10秒钟切换
TimeUnit.SECONDS);
}
public static LampController getInstance(){
return new LampController();
}
}

MainClass

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package com.itheima.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(String direction : directions){
new Road(direction);
}
LampController.getInstance();
}
}

测试结果

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