黑馬程式設計師——面試題破解（交通燈管理系統）
阿新 • • 發佈：2019-02-19
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模擬實現十字路口的交通燈管理系統邏輯，具體需求如下：
-非同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
......
-訊號燈忽略黃燈，只考慮紅燈和綠燈。
-應考慮左轉車輛控制訊號燈，右轉車輛不受訊號燈控制。
-具體訊號燈控制邏輯與現實生活中普通交通燈控制邏輯相同，不考慮特殊情況下的控制邏輯。
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而後放行左轉車輛。
-每輛車通過路口時間為1秒（提示：可通過執行緒Sleep的方式模擬）。
-隨機生成車輛時間間隔以及紅綠燈交換時間間隔自定，可以設定。
-不要求實現GUI，只考慮系統邏輯實現，可通過Log方式展現程式執行結果。
圖示：
分析：
總共有12條路線，為了統一程式設計模型，可以假設每條路線都有一個紅綠燈對其進行控制.
右轉彎的4條路線的控制燈可以假設稱為常綠狀態，另外，其他的8條線路是兩兩成對的，可以歸為4組.
所以，程式只需考慮圖中標註了數字號的4條路線的控制燈的切換順序
這4條路線相反方向的路線的控制燈跟隨這4條路線切換，不必額外考慮。
程式碼實現：
先是Road類
-每個Road物件都有一個name成員變數來代表方向，有一個vehicles成員變數來代表方向上的車輛集合。
-在Road物件的構造方法中啟動一個執行緒每隔一個隨機的時間向vehicles集合中增加一輛車（用一個“路線名_id”形式的字串進行表示）。
-在Road物件的構造方法中啟動一個定時器，每隔一秒檢查該方向上的燈是否為綠，是則列印車輛集合和將集合中的第一輛車移除掉。
[java] view plaincopyprint?package com.itheima.traffic; import java.util.*; import java.util.concurrent.*; public class Road { //車輛的集合 private List<String> vehicles = new ArrayList<String>(); //道路的名字 private String name; public Road(String name){ this.name = name; //模擬車輛隨機進入道路的一個過程 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); //在內部類中要使用外部類的方法裡面引數，除了使用final關鍵字修飾 //還可以用"外部類類名.this.方法引數名" vehicles.add(Road.this.name + "--" + i); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }); //使用定時器，每隔一秒就檢查燈是否為綠燈，是的話，就放行最前面的車 ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1); timer.scheduleAtFixedRate( new Runnable(){ public void run(){ if(vehicles.size() > 0){ boolean lighted = true; if(lighted){ System.out.println(vehicles.remove(0) + "駛出道路"); } } } }, 1, 1, TimeUnit.SECONDS); } }
package com.itheima.traffic;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;
public class Road {
//車輛的集合
private List<String> vehicles = new ArrayList<String>();
//道路的名字
private String name;
public Road(String name){
this.name = name;
//模擬車輛隨機進入道路的一個過程
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);
//在內部類中要使用外部類的方法裡面引數，除了使用final關鍵字修飾
//還可以用"外部類類名.this.方法引數名"
vehicles.add(Road.this.name + "--" + i);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
});
//使用定時器，每隔一秒就檢查燈是否為綠燈，是的話，就放行最前面的車
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
public void run(){
if(vehicles.size() > 0){
boolean lighted = true;
if(lighted){
System.out.println(vehicles.remove(0) + "駛出道路");
}
}
}
},
1,
1,
TimeUnit.SECONDS);
}
}Lamp類的編寫
系統中有12個方向上的燈，在程式的其他地方要根據燈的名稱就可以獲得對應的燈的例項物件。
綜合這些因素，將Lamp類用java5中的列舉形式定義更為簡單。
每個Lamp物件中的亮黑狀態用lighted變量表示，選用S2N、S2W、E2W、E2N這四個方向上的Lamp物件依次輪詢變亮。
Lamp物件中還要有一個oppositeLampName變數來表示它們相反方向的燈。
再用一個nextLampName變數來表示此燈變亮後的下一個變亮的燈，這三個變數用構造方法的形式進行賦值。
因為列舉元素必須在定義之後引用，所以無法再構造方法中彼此相互引用。所以，相反方向和下一個方向的燈用字串形式表示。
增加讓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物件。
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。
除了S2N、S2W、E2W、E2N這四個方向上的Lamp物件之外，其他方向上的Lamp物件的nextLampName和oppositeLampName屬性設定為null即可。並且S2N、S2W、E2W、E2N這四個方向上的Lamp物件的nextLampName和oppositeLampName屬性必須設定為null，以便防止light和blackOut進入死迴圈。
程式碼：
public enum Lamp {
//每個列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，所以，可以假想它們總是綠燈
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;
}
//當前燈是否為綠
private boolean lighted;
//與當前燈同時為綠的對應方向
private String opposite;
//當前燈變紅時下一個變綠的燈
private String next;
public boolean isLighted(){
return lighted;
}
/**
* 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() + " 燈已經變綠，路上應該有6個方向有汽車穿過！");
}
/**
* 某個燈變紅時，對應方向的燈也要變紅，並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){
nextLamp = Lamp.valueOf(next);
System.out.println("綠燈從" + name() + "--->切換為" + next);
nextLamp.light();
}
return nextLamp;
}
}
package com.itheima.traffic;
public enum Lamp {
//每個列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，所以，可以假想它們總是綠燈
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;
}
//當前燈是否為綠
private boolean lighted;
//與當前燈同時為綠的對應方向
private String opposite;
//當前燈變紅時下一個變綠的燈
private String next;
public boolean isLighted(){
return lighted;
}
/**
* 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() + " 燈已經變綠，路上應該有6個方向有汽車穿過！");
}
/**
* 某個燈變紅時，對應方向的燈也要變紅，並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){
nextLamp = Lamp.valueOf(next);
System.out.println("綠燈從" + name() + "--->切換為" + next);
nextLamp.light();
}
return nextLamp;
}
}
LampController類的編寫
整個系統中只能有一套交通燈控制系統，所以，LampController類最好是設計成單例。
LampController構造方法中要設定第一個為綠的燈。
LampController物件的start方法中將當前燈變綠，然後啟動一個定時器，每隔10秒將當前燈變紅和將下一個燈變綠。
程式碼：
[java] view plaincopyprint?package com.itheima.traffic;
import java.util.concurrent.*;
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秒將當前綠燈變為紅燈，並讓下一個方向的燈變綠
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
public void run(){
currentLamp = currentLamp.blackOut();
}
},
10,
10,
TimeUnit.SECONDS);
}
}
package com.itheima.traffic;
import java.util.concurrent.*;
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秒將當前綠燈變為紅燈，並讓下一個方向的燈變綠
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
public void run(){
currentLamp = currentLamp.blackOut();
}
},
10,
10,
TimeUnit.SECONDS);
}
}
最後是MainClass類的編寫
MainClass用於測試模擬系統。
用for迴圈創建出代表12條路線的物件。
接著再獲得LampController物件並呼叫其start方法。
程式碼：
[java] view plaincopyprint? package com.itheima.traffic;public class MainClass {
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();
}
}