黑马程序员-java 7K面试题之交通灯管理系统

标签：交通灯管理系统   面向对象设计   

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. 异常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. 应该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再放行左转车辆。
5. 每辆车通过路口时间为1秒(可通过线程sleep的方式模拟)。
6. 随机生成车辆时间间隔，可以设定红绿灯交换时间间隔。
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。

直接画图方式来展示路线情况，直观清晰：

说明：
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；
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。

面向对象的分析与设计

面向对象设计的一个重要经验是：谁拥有数据，谁就对外提供操作这些数据的方法。几个典型案例是：
人在黑板上画圆 ---------人、黑板、圆，画这个方法属于圆
列车司机紧急刹车--------- 司机、车，刹车方法属于车
售票员统计收货小票的金额 --------- 售货员，小票，统计金额方法属于小票
人关门 --------- 人，门，关这个方法属于门
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 --------- 石头，石刀工厂(传入石头，返回石刀)，石刀(砍树方法，传入树，返回木材)，树，木材，椅子，椅子工厂(传入木材，返回椅子)。
球从绳子的一端移动到了另一端 --------- 球(移动)，绳子(根据一个端点获取下一个端点)

class Rope{
	private Point start;
	private Point end;
	public Rope(Point start,Point end){
		this.start=start;
		this.end=end;
	}
	public Point nextPoint(Point currentPoint){
		return null;
	}
}
class Ball{
	private Rope rope;
	private Point currentPoint;
	public Ball(Rope rope,Point startPoint){
		this.rope=rope;
		this.currentPoint=startPoint;
	}
	public void move(){
		currentPoint=rope.nextPoint(currentPoint);
	    System.out.println("小球移到了"+currentPoint);
	}	
}

交通灯管理系统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。

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。

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。

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。

编写交通灯管理系统代码

1.定义Road类
  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。

package cn.itcast.traffic;

import java.util.List;
import java.util.ArrayList;
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;
    Road(String name){
    	this.name=name;
 	
    	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);
				}
			}   		
    	});
    	ScheduledExecutorService timer=Executors.newScheduledThreadPool(1);
    	timer.scheduleAtFixedRate(
    			new Runnable(){
					@Override
					public void run() {
						if(vechicles.size()>0){
							boolean lighted=true;
							if(lighted){
								System.out.println(vechicles.remove(0)+" is traversing!");
							}
						}
					}
    				
    			}, 
    			1, 
    			1, 
    			TimeUnit.SECONDS);
    }
}

2.定义交通灯类Lamp。
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。

package cn.itcast.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);
	//定义控制灯时，需要明确相反方向灯、下一个灯及是否为绿灯
	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;
	public boolean isLighted(){
		return lighted;
	}	
	 // 某个灯变绿时，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，并且下一个方向的灯要变绿。返回下一个要变绿的灯
	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;
	}
}

3.定义交通灯控制类LampController

package cn.itcast.traffic;

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

public class LampController {
	private Lamp currentLamp;
	public LampController(){
		currentLamp=Lamp.S2N;
		currentLamp.light();
		
		ScheduledExecutorService timer=Executors.newScheduledThreadPool(1);
		timer.scheduleAtFixedRate(
				new Runnable(){
					@Override
					public void run() {
						currentLamp=currentLamp.blackOut();
					}	
				}, 
				10, 
				10, 
				TimeUnit.SECONDS);
	}
}

4.定义主类MainClass，测试程序的运行

package cn.itcast.traffic;

public class MainClass {

	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();
	}
}

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