黑马程序员——浅谈java中的面试题(交通灯管理系统)

时间:2022-08-27 08:40:55
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一、题目要求

        模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑,具体需求如:

1、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

        。。。

2、信号灯忽略黄灯,只考虑红灯和绿灯。

3、应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。

5、注:

        1)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。

        2)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)。

        3)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。

        4)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、题意分析

1、对路口进行图解分析

黑马程序员——浅谈java中的面试题(交通灯管理系统)

分析:

        1)这里总共有12条路线,每条路线作为一个对象存在。

        2)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。

        3)其中右转弯的4条路线的控制灯可以假设称为常绿状态,而不能假设没有。

        4)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。

2、面向对象的分析与设计

        1)对象:红绿灯,红绿灯的控制系统,汽车,路线。

              a、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。

              b、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。

              c、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。

        2)对路线这个对象的分析

             每条路线上都会出现多辆车,车对象就相当于是路的数据存在,路线上要随机增加新的车,且要在灯绿期间还要每秒钟减少一辆车,路就需要有增删的方法。

               a、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12Road实例对象。

               b、每条路线上随机增加新的车辆,增加到一个集合中保存。 

               c、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。

        3)对红绿灯和红绿灯控制系统两个对象的分析:

             一个灯由绿变红时,应该将下一个方向的灯变绿。

              a、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。

              b、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。

              c、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个灯依次轮流变亮,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,都伴随着下一个灯的变亮,Lamp类中还用一个变量来记住自己的下一个灯。

               d、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。

               e、设计一个LampController类,它定时让当前的绿灯变红。

 

三、程序的编写

1Road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(交通工具)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。使用scheduleAtFixedRate方法。

代码:

package com.isoftstone.interview.traffic;

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 Godream
*
*/
public class Road {
//用面向接口的方式,定义一个集合,用来存储和操作车辆这个字符串对象
private List<String> vechicles=new ArrayList<String>();
//定义路线名变量
private String name;

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();
//调用execute方法,可向线程池提交一个任务,让池中的线程执行任务
pool.execute(new Runnable(){
@Override
//复写run方法,需要执行的代码,随机产生车辆,并存入集合
public void run() {
for (int i = 1; i <1000; i++) {
try {
//1到10秒内随机产生一辆车
Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);
} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();
}
//车辆进入路线中
vechicles.add(Road.this.name+"_"+i);
}
}
});

//定义一个定时器,每隔一秒检查对应的灯是否为绿,是则放行一辆车
ScheduledExecutorService timer=Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable() {
@Override
//定时器要执行的代码
public void run() {
//判断该路线中是否有车,有则进行放行操作
if (vechicles.size()>0) {
//如果该路线上对应的灯是绿色的,则放行车辆
boolean lighted=Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
if(lighted){
System.out.println(vechicles.remove(0)+"\tis traversing!");
}
}
}
},
1,//隔多少秒执行
1,//周期
TimeUnit.SECONDS/*时间单位*/);
}
}

2Lamp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S2NS2WE2WE2N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:lightblackOut,对于S2NS2WE2WE2N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S2NS2WE2WE2N这四个方向上的Lamp对象之外,其他方向上的Lamp对象的nextLampNameoppositeLampName属性设置为null即可,并且S2NS2WE2WE2N这四个方向上的Lamp对象的nextLampNameoppositeLampName属性必须设置为null,以便防止lightblackOut进入死循环。 

代码:

  
package com.isoftstone.interview.traffic;
/**
* 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 Godream
*/
//S2N,S2W,E2W,E2S,N2S,N2E,W2E,W2N,S2E,E2N,N2W,W2S
public enum Lamp {
/*每个枚举元素各表示一个方向上的控制灯*/
S2N(false,"N2S","S2W"),S2W(false,"N2E","E2W"),E2W(false,"W2E","E2S"),E2S(false,"W2N","S2N"),
/*下面元素表示与上面的元素的相反方向的灯,它们的“反方向灯”和“下一个灯”应忽略不计!*/
N2S(false,null,null),N2E(false,null,null),W2E(false,null,null),W2N(false,null,null),
/*下面元素表示四个右转弯方向的灯,因为其不受红绿灯控制,所以可以假设它们总是绿灯*/
S2E(true,null,null),E2N(true,null,null),N2W(true,null,null),W2S(true,null,null);

//当前灯的状态,是否为绿
private boolean lighted;
//当前灯变红时,下个绿的灯
private String next;
//与当前灯相反方向的同为绿的灯
private String opposite;

//构造函数
private Lamp(boolean lighted,String opposite,String next){
this.lighted=lighted;
this.next=next;
this.opposite=opposite;
}
//提供一个判断是否为亮(绿)的方法
public boolean isLighted(){
return lighted;
}

/**
* 某个灯变绿时,它对应方向的灯也要变绿
*/
public void light(){
this.lighted=true;
//为造成死循环,只将一方拥有反方向的灯
if (opposite!=null) {
//将对应的反方向的灯变绿
Lamp.valueOf(opposite).light();
}
System.out.println(name()+"Lamp is green 下面将能看到六个方向的车辆通过。 ");
}

/**
* 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(){
//当前灯变红,对应方向的灯也变红
this.lighted=false;
if(opposite!=null){
Lamp.valueOf(opposite).blackout();
}
//当前灯变红的同时,将下一个灯变绿
//变将下一个变绿的灯返回
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;
}
}

3LampController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。

        2LampController构造方法中要设定第一个为绿的灯。

        3LampController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。

代码:

    
package com.isoftstone.interview.traffic;

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

/**
* 红绿灯控制系统用来控制红绿灯的切换时间
* 每隔10秒将当前灯变红,并按顺序将下一个方向的灯变绿
* @author Godream
*/

public class LampController {
//定义当前灯用于第一个绿的灯
private Lamp currentLamp;
public LampController(){
//刚开始让由南向北的灯变绿
currentLamp=Lamp.S2N;
currentLamp.light();

//定义一个定时器,每隔10秒就将当前灯由绿变红,并将下一个灯变绿
ScheduledExecutorService timer=Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable() {
@Override
public void run() {
//将下一个灯切换为当前的灯
currentLamp=currentLamp.blackout();
System.out.println("灯变了");
}
},
10,
10,
TimeUnit.SECONDS);
}
}

4MainClass类的编写

        1)用for循环创建出代表12条路线的对象。

        2)创建红绿灯控制系统对象,启动系统

代码:

 
package com.isoftstone.interview.traffic;

/**
* 主程序,用于启动控制系统,并实现题意过程
* @author Godream
*/

public class MainClass {

public static void main(String[] args) {
/*产生12个方向的路线*/
String[] roads={"S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"};
for (int i = 0; i < roads.length; i++) {
new Road(roads[i]);
}
/* 产生整个交通灯系统并运行*/
new LampController();
}
}

 


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