黑马程序员-面试题（一）-交通灯管理系统
一、交通灯管理系统
模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：
- 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
。。。
- 信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。
- 应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。
- 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。
- 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。
二、需求分析：
模拟一个十字路口：
总共有12条路线：S2N,S2W,S2E,E2W,E2S,E2N,N2S,N2E,N2W,W2E,W2N,W2S。假设每条路线都有一个红绿灯对其控制，那么通过需求可以知道右转弯的4条路线：S2E,E2N,N2W,W2S的控制灯可以假设称为常绿状态。又因为其他的8条路线是亮亮对应的，则可以归为4组，所以，程序只需考虑图上标注了数字的4条路线的控制灯的切换顺序。
注意：这里的“2”，相当于“to” 。
三、面向对象的分析与设计
1、类的分析：
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。例如：
1、“两块石头磨成了一把石刀，石刀可以砍树，砍成木头，木头做成椅子”
2、“球从一根绳子的一段移动到另一端”分析其有多少个对象。
对于第1题，我们可以简单的想到有几个对象：Stone, Stone Knife , Tree ,Wood ,Chair ，那么石头变成石刀、树砍成木头以及木头做成椅子是谁的方法呢？因为谁拥有数据，谁就对外提供操作这些数据的方法，所以 Stone Knife = StoneFactory.makeStoneKnife(Stone) ，Wood = TreeFactory.makeWood(Tree) , Chair = WoodFactory.makeChair(Wood) ，所以他们之间的联系和对应的对象都一清二楚了。
那么对于交通灯管理系统中，有多少个对象呢？
初步假设：红绿灯、红绿灯控制系统、汽车、路线。在汽车要通过路口时的条件是：汽车行驶的路线上对应的红绿灯为绿色。根据需求得到，不需要提现车移动的过程，而是提现哪条路上的车可以走，即捕捉路上减少一辆车的过程，则可以知道汽车可以用设定为一个具体的对象。但是路线中必定也存储着车辆的集合，而且路线对象上就应该有增加和减少车辆的方法。所以，我们只需创建红绿灯、红绿灯控制系统、路线，三种类。
2、类的功能分析：
> 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。
四、编写：
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。
1 package com.itheima.www; 2 3 import java.util.ArrayList; 4 import java.util.List; 5 import java.util.concurrent.ExecutorService; 6 import java.util.concurrent.Executors; 7 import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService; 8 import java.util.concurrent.TimeUnit; 9 10 public class Road { 11 //每条路线的名字 12 private String name = null; 13 //代表路线上的车辆集合 14 private List<String> vehicles = new ArrayList<String>() ; 15 public Road(String name) { 16 this.name = name ; 17 //启动一个线程，每隔一个随机的时间向vehicles 集合中添加一辆车 18 ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor() ; 19 pool.execute(new Runnable() { 20 public void run() { 21 for (int i = 1 ; i < 1000 ; i ++ ){ 22 //根据需求，每辆车通过路口的时间为1秒。 23 try { 24 Thread.sleep(1000) ; 25 } catch (InterruptedException e) { 26 e.printStackTrace(); 27 } 28 //内部类访问外部类的成员变量： 29 vehicles.add(Road.this.name+"_"+i) ; 30 } 31 } 32 }) ; 33 34 // 启动一个定时器，每隔一秒检查该方向上的灯是否为绿色： 35 ScheduledExecutorService times = Executors.newScheduledThreadPool(1) ; 36 times.scheduleAtFixedRate(new Runnable(){ 37 public void run(){ 38 //该路上的车辆是否大于0 39 if(vehicles.size() > 0) { 40 //该路上的灯是否为绿；如果为绿则车辆通过路口 41 boolean light = Lamp.valueOf(Road.this.name).isGreen(); 42 if (light) { 43 System.out.println(vehicles.remove(0)+" is traversing !"); 44 } 45 } 46 } 47 } 48 , 1 49 , 1 50 , TimeUnit.SECONDS); 51 } 52 }
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。
1 package com.itheima.www; 2 // 根据需求分析， 3 // 南北向车辆与东西向车辆交替方向，同向等待车辆应该先放行直行车辆。 4 public enum Lamp { 5 /*每条路线上对应的灯：true为绿，false为红*/ 6 S2N(false,"N2S","S2W"),S2W(false,"N2E","E2W"),E2W(false,"W2E","E2S"),E2S(false,"W2N","S2N"), 7 /*下面这4条路线与上面4条路线相对应*/ 8 N2S(false,null,null),N2E(false,null,null),W2E(false,null,null),W2N(false,null,null), 9 /*向右转，无需对应灯的红绿*/ 10 S2E(true,null,null),E2N(true,null,null),N2W(true,null,null),W2S(true,null,null); 11 12 13 /*lighted表示灯的红绿情况*/ 14 private boolean lighted ; 15 /*用以个opposite 表示他们对应方向的等如：S2N -> N2S ;*/ 16 private String opposite ; 17 /*用 nestLamp 表示此灯变绿后下一个变绿的灯。*/ 18 private String nextLamp ; 19 20 public boolean isGreen(){ 21 return lighted; 22 } 23 24 private Lamp(boolean ligthed,String opposite , String nextLamp) { 25 this.lighted = ligthed ; 26 this.opposite = opposite ; 27 this.nextLamp = nextLamp ; 28 } 29 30 /** 31 让灯变绿,同时他对应的灯也要变绿。 32 */ 33 public void toGreen(){ 34 this.lighted = true ; 35 //让对应方向的灯也变绿 36 if (opposite != null) { 37 Lamp.valueOf(opposite).toGreen() ; 38 } 39 System.out.println(name() + "方向的灯变绿，下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过！"); 40 } 41 /** 42 让灯变红，同时他对应的等也要变红，以及他下一个灯变绿 43 @return 下一个变绿的灯 44 */ 45 public Lamp toRed(){ 46 this.lighted = false ; 47 if (opposite != null) { 48 Lamp.valueOf(opposite).toRed() ; 49 } 50 Lamp next = null ; 51 if(nextLamp != null) { 52 next = Lamp.valueOf(nextLamp); 53 System.out.println( name()+"变红！" + next +"变绿！"); 54 next.toGreen() ; 55 } 56 return next ; 57 } 58 59 }
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。
1 package com.itheima.www; 2 3 import java.util.concurrent.Executors; 4 import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService; 5 import java.util.concurrent.TimeUnit; 6 7 public class LampController { 8 /*表示当前为绿的灯*/ 9 private Lamp currentLamp ; 10 private LampController(){ 11 //最开始设置S2N为绿 12 currentLamp = Lamp.S2N ; 13 currentLamp.toGreen() ; 14 15 //启动一个定时器：每隔10秒将当前灯变红和下一个灯变绿 16 ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(1); 17 pool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() { 18 public void run(){ 19 currentLamp = currentLamp.toRed() ; 20 } 21 } 22 , 10 23 , 10 24 , TimeUnit.SECONDS) ; 25 } 26 private static LampController lampController = null ; 27 public static LampController getLampController() { 28 if(lampController == null ) 29 lampController = new LampController() ; 30 return lampController ; 31 } 32 }
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。
package com.itheima.www; public class MainClass { public static void main(String[] args) { String[] directions = {"S2N","N2S","S2W","N2E","E2W","W2E", "E2S","W2N","S2E","N2W","E2N","W2S"}; for(int i = 0 ; i < directions.length ; i ++) { new Road(directions[i]) ; } /*产生整个交通灯系统*/ new LampController() ; } }
运行结果：
N2S方向的灯变绿，下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过！ S2N方向的灯变绿，下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过！ S2N_1 is traversing ! N2S_1 is traversing ! S2E_1 is traversing ! N2W_1 is traversing ! E2N_1 is traversing ! W2S_1 is traversing ! S2N_2 is traversing ! S2E_2 is traversing ! E2N_2 is traversing ! S2N_3 is traversing ! N2S_2 is traversing ! S2E_3 is traversing ! N2W_2 is traversing ! W2S_2 is traversing ! E2N_3 is traversing ! S2N_4 is traversing ! N2S_3 is traversing ! S2E_4 is traversing ! N2W_3 is traversing ! W2S_3 is traversing ! E2N_4 is traversing ! S2N_5 is traversing ! N2S_4 is traversing ! S2E_5 is traversing ! N2W_4 is traversing ! E2N_5 is traversing ! W2S_4 is traversing ! S2N_6 is traversing ! N2S_5 is traversing ! S2E_6 is traversing ! N2W_5 is traversing ! E2N_6 is traversing ! W2S_5 is traversing ! S2N_7 is traversing ! N2S_6 is traversing ! S2E_7 is traversing ! E2N_7 is traversing ! N2W_6 is traversing ! W2S_6 is traversing ! S2N_8 is traversing ! N2S_7 is traversing ! S2E_8 is traversing ! N2W_7 is traversing ! E2N_8 is traversing ! W2S_7 is traversing ! S2N_9 is traversing ! N2S_8 is traversing ! S2E_9 is traversing ! E2N_9 is traversing ! N2W_8 is traversing ! W2S_8 is traversing ! S2N_10 is traversing ! N2S_9 is traversing ! S2E_10 is traversing ! N2W_9 is traversing ! W2S_9 is traversing ! S2N变红！S2W变绿！ N2E方向的灯变绿，下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过！ S2W方向的灯变绿，下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过！ S2W_1 is traversing ! N2E_1 is traversing ! S2E_11 is traversing ! E2N_10 is traversing ! N2W_10 is traversing ! W2S_10 is traversing ! S2W_2 is traversing ! N2E_2 is traversing ! S2E_12 is traversing ! N2W_11 is traversing ! E2N_11 is traversing ! W2S_11 is traversing !
总结：通过交通管理系统，最深刻的便是面向对象设计的学习：谁拥有数据，谁就对外提供操作这些数据的方法。
