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，不考虑特殊状况下的控制逻辑。

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然后放行左转车辆。

Ø 每辆车经过路口时间为1秒（提示：可经过线程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，能够设置。

Ø 不要求实现GUI，只考虑系统逻辑实现，可经过Log方式展示程序运行结果。

 

 

 

 

 

一、面向对象的分析与设计

 

一、每条路线上都会出现多辆车，路线上要随机增长新的车，在灯绿期间还要每秒钟减小一辆车。

设计一个Road类来表示路线，每一个Road对象表明一条路线，总共有12条路线，即系统中总共要产生12个Road实例对象。

每条路线上随机增长新的车辆，增长到一个集合中保存。

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。

二、设计一个Lamp类来表示一个交通灯，每一个交通灯都维护一个状态：亮（绿）或不亮（红），每一个交通灯要有变亮和变黑的方法，而且能返回本身的亮黑状态。

总共有12条路线，因此，系统中总共要产生12个交通灯。右拐弯的路线原本不受灯的控制，可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。

三、除了右拐弯方向的其余8条路线的灯，它们是两两成对的，能够归为4组，因此，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，所以Lamp类中要有一个变量来记住本身相反方向的灯，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。每一个灯变黑时，都伴随者下一个灯的变亮，Lamp类中还用一个变量来记住本身的下一个灯。

四、不管在程序的什么地方去得到某个方向的灯时，每次得到的都是同一个实例对象，因此Lamp类改用枚举来作显然具备很大的方便性，永远都只有表明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。

 

 

二、Road类的编写

 

每一个Road对象都有一个name成员变量来表明方向，有一个vehicles成员变量来表明方向上的车辆集合。

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集合中增长一辆车（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; 

 

/** 

 * 每一个Road对象表明一条路线，总共有12条路线，即系统中总共要产生12个Road实例对象。 

 * 每条路线上随机增长新的车辆，增长到一个集合中保存。 

 * 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,传回哪一个方向的车, 

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，经过产生单个线程的方法，建立一个线程池   

        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，建立定时器   

        ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1); 

        timer.scheduleAtFixedRate( 

                new Runnable(){ 

                    public void run(){ 

　　 //判断路上是否有车，有则进行相应的操做 

                        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); 

         

    } 

} 

 

三、Lamp类的编写

 

系统中有12个方向上的灯，在程序的其余地方要根据灯的名称就能够得到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。

一、每一个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，由于枚举元素必须在定义以后引用，因此没法再构造方法中彼此相互引用，因此，相反方向和下一个方向的灯用字符串形式表示。

二、增长让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。

三、除了S2N、S2W、E2W、E2N这四个方向上的Lamp对象以外，其余方向上的Lamp对象的nextLampName和oppositeLampName属性设置为null便可，而且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：

/** 

 * 每一个Lamp元素表明一个方向上的灯，总共有12个方向，全部总共有12个Lamp元素。 

 * 有以下一些方向上的灯,每两个造成一组，一组灯同时变绿或变红，因此， 

 * 程序代码只须要控制每组灯中的一个灯便可： 

 * s2n,n2s     

 * s2w,n2e 

 * e2w,w2e 

 * e2s,w2n 

 * s2e,n2w 

 * e2n,w2s 

 * 上面最后两行的灯是虚拟的，因为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， 

 * 因此，能够假想它们老是绿灯。 

 * @author 张孝祥 www.it315.org 

 * 

 */ 

/**/ 

 

public enum Lamp { 

    /*每一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，因此，能够假想它们老是绿灯*/ 

    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，而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; 

    } 

} 

 

 

四、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); 

    } 

 

 

五、MainClass类的编写

 

一、用for循环建立出表明12条路线的对象。

二、接着再得到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-----有六个方向的车通过 

S2N lamp is green-----有六个方向的车通过 

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-----有六个方向的车通过 

S2W lamp is green-----有六个方向的车通过 

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-----有六个方向的车通过 

E2W lamp is green-----有六个方向的车通过 

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 ! 

*/