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。
Ø 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。
1、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。
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。
2、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。
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。
设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。
2、Road类的编写
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
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。
* @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，通过产生单个线程的方法，创建一个线程池
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，创建定时器
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
public void run(){
//判断路上是否有车，有则进行相应的操作
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);
}
}
3、Lamp类的编写
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。
1、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。
2、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。
3、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。
代码：
/**
* 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。
* @author 张孝祥 www.it315.org
*
*/
/**/
public enum Lamp {
/*每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，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*/
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，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){
//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;
}
}
4、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);
}
5、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。
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-----有六个方向的车经过
S2N lamp is green-----有六个方向的车经过
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-----有六个方向的车经过
S2W lamp is green-----有六个方向的车经过
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-----有六个方向的车经过
E2W lamp is green-----有六个方向的车经过
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 !
*/
