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  • 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,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 ! 

    */ 

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