java 面試題之交通燈管理系統

需求：

交通燈管理系統的項目需求

Ø 異步隨機生成按照各個路線行駛的車輛。

例如：

       由南向而來去往北向的車輛 ---- 直行車輛

       由西向而來去往南向的車輛 ---- 右轉車輛

       由東向而來去往南向的車輛 ---- 左轉車輛

       。。。

Ø 信號燈忽略黃燈，只考慮紅燈和綠燈。

Ø 應考慮左轉車輛控制信號燈，右轉車輛不受信號燈控制。

Ø 具體信號燈控制邏輯與現實生活中普通交通燈控制邏輯相同，不考慮特殊狀況下的控制邏輯。

注：南北向車輛與東西向車輛交替放行，同方向等待車輛應先放行直行車輛然後放行左轉車輛。

Ø 每輛車經過路口時間爲1秒（提示：可經過線程Sleep的方式模擬）。

Ø 隨機生成車輛時間間隔以及紅綠燈交換時間間隔自定，能夠設置。

Ø 不要求實現GUI，只考慮系統邏輯實現，可經過Log方式展示程序運行結果。

 

 

 

 

 

一、面向對象的分析與設計

 

一、每條路線上都會出現多輛車，路線上要隨機增長新的車，在燈綠期間還要每秒鐘減小一輛車。

設計一個Road類來表示路線，每一個Road對象表明一條路線，總共有12條路線，即系統中總共要產生12個Road實例對象。

每條路線上隨機增長新的車輛，增長到一個集合中保存。

每條路線每隔一秒都會檢查控制本路線的燈是否爲綠，是則將本路線保存車的集合中的第一輛車移除，即表示車穿過了路口。

每條路線每隔一秒都會檢查控制本路線的燈是否爲綠，一個燈由綠變紅時，應該將下一個方向的燈變綠。

二、設計一個Lamp類來表示一個交通燈，每一個交通燈都維護一個狀態：亮（綠）或不亮（紅），每一個交通燈要有變亮和變黑的方法，而且能返回本身的亮黑狀態。

總共有12條路線，因此，系統中總共要產生12個交通燈。右拐彎的路線原本不受燈的控制，可是爲了讓程序採用統一的處理方式，故假設出有四個右拐彎的燈，只是這些燈爲常亮狀態，即永遠不變黑。

三、除了右拐彎方向的其餘8條路線的燈，它們是兩兩成對的，能夠歸爲4組，因此，在編程處理時，只要從這4組中各取出一個燈，對這4個燈依次輪詢變亮，與這4個燈方向對應的燈則隨之一同變化，所以Lamp類中要有一個變量來記住本身相反方向的燈，在一個Lamp對象的變亮和變黑方法中，將對應方向的燈也變亮和變黑。每一個燈變黑時，都伴隨者下一個燈的變亮，Lamp類中還用一個變量來記住本身的下一個燈。

四、不管在程序的什麼地方去得到某個方向的燈時，每次得到的都是同一個實例對象，因此Lamp類改用枚舉來作顯然具備很大的方便性，永遠都只有表明12個方向的燈的實例對象。

設計一個LampController類，它定時讓當前的綠燈變紅。

 

 

二、Road類的編寫

 

每一個Road對象都有一個name成員變量來表明方向，有一個vehicles成員變量來表明方向上的車輛集合。

在Road對象的構造方法中啓動一個線程每隔一個隨機的時間向vehicles集合中增長一輛車（用一個「路線名_id」形式的字符串進行表示）。

在Road對象的構造方法中啓動一個定時器，每隔一秒檢查該方向上的燈是否爲綠，是則打印車輛集合和將集合中的第一輛車移除掉

 

 

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; 

 

/** 

 * 每一個Road對象表明一條路線，總共有12條路線，即系統中總共要產生12個Road實例對象。 

 * 每條路線上隨機增長新的車輛，增長到一個集合中保存。 

 * 每條路線每隔一秒都會檢查控制本路線的燈是否爲綠，是則將本路線保存車的集合中的第一輛車移除，即表示車穿過了路口。 

 * @author 張孝祥 www.it315.org 

 * 

 */ 

public class Road { 

    private List<String> vechicles = new ArrayList<String>(); 

     

    private String name =null; 

/*在這個構造函數中,傳回哪一個方向的車, 

先開啓一個線程池用於產生車輛,一個定時器用於觀察交通燈狀態*/ 

    public Road(String name){ 

        this.name = name; 

         

        //模擬車輛不斷隨機上路的過程  

       //使用線程池，經過產生單個線程的方法，建立一個線程池   

        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); 

                }                

            } 

             

        }); 

         

        //每隔一秒檢查對應的燈是否爲綠，是則放行一輛車     

　　 //產生一個單線程，建立定時器   

        ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1); 

        timer.scheduleAtFixedRate( 

                new Runnable(){ 

                    public void run(){ 

　　 //判斷路上是否有車，有則進行相應的操做 

                        if(vechicles.size()>0){ 

                            boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted(); 

 //每隔1秒讓車通行，通行前要先判斷燈是否亮，亮了才能通行，即從集合中移除   

                            if(lighted){ 

                                System.out.println(vechicles.remove(0) + " is traversing !"); 

                            } 

                        } 

                          

                    } 

                }, 

                1, 

                1, 

                TimeUnit.SECONDS); 

         

    } 

} 

 

三、Lamp類的編寫

 

系統中有12個方向上的燈，在程序的其餘地方要根據燈的名稱就能夠得到對應的燈的實例對象，綜合這些因素，將Lamp類用java5中的枚舉形式定義更爲簡單。

一、每一個Lamp對象中的亮黑狀態用lighted變量表示，選用S2N、S2W、E2W、E2N這四個方向上的Lamp對象依次輪詢變亮，Lamp對象中還要有一個oppositeLampName變量來表示它們相反方向的燈，再用一個nextLampName變量來表示此燈變亮後的下一個變亮的燈。這三個變量用構造方法的形式進行賦值，由於枚舉元素必須在定義以後引用，因此沒法再構造方法中彼此相互引用，因此，相反方向和下一個方向的燈用字符串形式表示。

二、增長讓Lamp變亮和變黑的方法：light和blackOut，對於S2N、S2W、E2W、E2N這四個方向上的Lamp對象，這兩個方法內部要讓相反方向的燈隨之變亮和變黑，blackOut方法還要讓下一個燈變亮。

三、除了S2N、S2W、E2W、E2N這四個方向上的Lamp對象以外，其餘方向上的Lamp對象的nextLampName和oppositeLampName屬性設置爲null便可，而且S2N、S2W、E2W、E2N這四個方向上的Lamp對象的nextLampName和oppositeLampName屬性必須設置爲null，以便防止light和blackOut進入死循環。

 

代碼：

/** 

 * 每一個Lamp元素表明一個方向上的燈，總共有12個方向，全部總共有12個Lamp元素。 

 * 有以下一些方向上的燈,每兩個造成一組，一組燈同時變綠或變紅，因此， 

 * 程序代碼只須要控制每組燈中的一個燈便可： 

 * s2n,n2s     

 * s2w,n2e 

 * e2w,w2e 

 * e2s,w2n 

 * s2e,n2w 

 * e2n,w2s 

 * 上面最後兩行的燈是虛擬的，因爲從南向東和從西向北、以及它們的對應方向不受紅綠燈的控制， 

 * 因此，能夠假想它們老是綠燈。 

 * @author 張孝祥 www.it315.org 

 * 

 */ 

/**/ 

 

public enum Lamp { 

    /*每一個枚舉元素各表示一個方向的控制燈*/    

    S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false), 

    /*下面元素表示與上面的元素的相反方向的燈，它們的「相反方向燈」和「下一個燈」應忽略不計！*/ 

    N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false), 

    /*由南向東和由西向北等右拐彎的燈不受紅綠燈的控制，因此，能夠假想它們老是綠燈*/ 

    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; 

    } 

 

 

    /*當前燈是否爲綠*/  

    private boolean lighted; 

    /*與當前燈同時爲綠的對應方向*/    

    private String opposite; 

    /*當前燈變紅時下一個變綠的燈*/    

    private String next; 

    //燈的判斷是否亮的方法 

    public boolean isLighted(){ 

        return lighted; 

    } 

     

    /**讓這個方向的等亮起來 

     * 某個燈變綠時，它對應方向的燈也要變綠 

     */  

    public void light(){ 

        this.lighted = true; 

        if(opposite != null){ 

            Lamp.valueOf(opposite).light(); 

        } 

        System.out.println(name() + " lamp is green，下面總共應該有6個方向能看到汽車穿過！"); 

         

    } 

     

    /** 

     * 某個燈變紅時，對應方向的燈也要變紅，而且下一個方向的燈要變綠 

     * @return 下一個要變綠的燈 

     */  

    public Lamp blackOut(){ 

        this.lighted = false; 

        if(opposite != null){ 

            Lamp.valueOf(opposite).blackOut(); 

        }        

         

        Lamp nextLamp= null; 

        if(next != null){ 

　　 //當前燈變綠了，讓對應的燈也變綠 

            nextLamp = Lamp.valueOf(next); 

            System.out.println("綠燈從" + name() + "-------->切換爲" + next);           

            nextLamp.light(); 

        } 

        return nextLamp; 

    } 

} 

 

 

四、LampController類的編寫

 

import java.util.concurrent.Executors; 

import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService; 

import java.util.concurrent.TimeUnit; 

 

public class LampController { 

    private Lamp currentLamp; 

     

    public LampController(){ 

        //剛開始讓由南向北的燈變綠;      

        currentLamp = Lamp.S2N; 

        currentLamp.light(); 

         

        /*每隔10秒將當前綠燈變爲紅燈，並讓下一個方向的燈變綠*/       

        ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1); 

        timer.scheduleAtFixedRate( 

                new Runnable(){ 

                    public  void run(){ 

                        System.out.println("來啊"); 

                        currentLamp = currentLamp.blackOut(); 

                } 

                }, 

                10, 

                10, 

                TimeUnit.SECONDS); 

    } 

 

 

五、MainClass類的編寫

 

一、用for循環建立出表明12條路線的對象。

二、接着再得到LampController對象並調用其start方法。

 

public class MainClass { 

 

    /** 

     * @param args 

     */ 

    public static void main(String[] args) { 

         

        /*產生12個方向的路線*/       

        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]); 

        } 

         

        /*產生整個交通燈系統*/        

        new LampController(); 

    } 

 

} 

 

打印結果：/*N2S lamp is green-----有六個方向的車通過 

S2N lamp is green-----有六個方向的車通過 

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 ! 

開始跑吧 

綠燈從S2N-------->切換爲S2W 

N2E lamp is green-----有六個方向的車通過 

S2W lamp is green-----有六個方向的車通過 

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 ! 

開始跑吧 

綠燈從S2W-------->切換爲E2W 

W2E lamp is green-----有六個方向的車通過 

E2W lamp is green-----有六個方向的車通過 

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 ! 

*/