黑馬程式設計師——面試——交通燈管理系統
----------
android培訓、java培訓、java學習型技術部落格、期待與您交流！ ----------
交通燈管理系統的專案需求
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。
畫出路線圖
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。
面向物件的分析與設計
1、每條路線上都會出現多輛車，路線上要隨機增加新的車，在燈綠期間還要每秒鐘減少一輛車。
設計一個Road類來表示路線，每個Road物件代表一條路線，總共有12條路線，即系統中總共要產生12個Road例項物件。
每條路線上隨機增加新的車輛，增加到一個集合中儲存。
每條路線每隔一秒都會檢查控制本路線的燈是否為綠，是則將本路線儲存車的集合中的第一輛車移除，即表示車穿過了路口。
2、每條路線每隔一秒都會檢查控制本路線的燈是否為綠，一個燈由綠變紅時，應該將下一個方向的燈變綠。
設計一個Lamp類來表示一個交通燈，每個交通燈都維護一個狀態：亮（綠）或不亮（紅），每個交通燈要有變亮和變黑的方法，並且能返回自己的亮黑狀態。
總共有12條路線，所以，系統中總共要產生12個交通燈。右拐彎的路線本來不受燈的控制，但是為了讓程式採用統一的處理方式，故假設出有四個右拐彎的燈，只是這些燈為常亮狀態，即永遠不變黑。
除了右拐彎方向的其他8條路線的燈，它們是兩兩成對的，可以歸為4組，所以，在程式設計處理時，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，因此Lamp類中要有一個變數來記住自己相反方向的燈，在一個Lamp物件的變亮和變黑方法中，將對應方向的燈也變亮和變黑。每個燈變黑時，都伴隨者下一個燈的變亮，Lamp類中還用一個變數來記住自己的下一個燈。
無論在程式的什麼地方去獲得某個方向的燈時，每次獲得的都是同一個例項物件，所以Lamp類改用列舉來做顯然具有很大的方便性，永遠都只有代表12個方向的燈的例項物件。
設計一個LampController類，它定時讓當前的綠燈變紅。
在學習面向物件的分析與設計時，基本上掌握了面向物件思想。這個跟我們常人的思想不一樣，就像那些哲學一樣。面向物件設計把握一個重要的經驗：誰擁有資料，誰就對外提供操作這些資料的方法。這句話很好地描述面向物件設計的方法。
一個經典例子：人畫圓。draw方法是誰提供的？
根據“誰擁有資料，誰就對外提供操作這些資料的方法”原理，draw需要用到半徑，圓心，這兩個都是圓所擁有的資料，所以draw方法就由圓提供，也只有圓自己知道該畫多大的圓。人只是呼叫了圓的draw方法。如果draw是定義在人身上，那麼人如果要畫成千上萬個不同的圖，那不就要在人身上定義成千上萬個方法嗎？
Road類的編寫
(1)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。
(2)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）。
(3)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。
import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;
/**
* 每個Road物件代表一條路線，總共有12條路線，即系統中總共要產生12個Road例項物件。
* 每條路線上隨機增加新的車輛，增加到一個集合中儲存。
* 每條路線每隔一秒都會檢查控制本路線的燈是否為綠，是則將本路線儲存車的集合中的第一輛車移除，
* 即表示車穿過了路口。
*/
public class Road {
private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();
private String name =null;
public Road(String name){
this.name = name;
//模擬車輛不斷隨機上路的過程
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);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
vechicles.add(Road.this.name + "_" + i);
}
}
});
//每隔一秒檢查對應的燈是否為綠，是則放行一輛車
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
public void run(){
if(vechicles.size()>0){
boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
if(lighted){
System.out.println(vechicles.remove(0) + " is traversing !");
}
}
}
},
1,
1,
TimeUnit.SECONDS);
}
}
Lamp類的編寫
(1)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。
(2)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。
(3)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。
(4)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。
/**
* 每個Lamp元素代表一個方向上的燈，總共有12個方向，所有總共有12個Lamp元素。
* 有如下一些方向上的燈,每兩個形成一組，一組燈同時變綠或變紅，所以，
* 程式程式碼只需要控制每組燈中的一個燈即可
* 上面最後兩行的燈是虛擬的，由於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，
* 所以，可以假想它們總是綠燈。
*/
/**/
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() + " 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，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
(1)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。
(2)LampController構造方法中要設定第一個為綠的燈。
(3)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。
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(){
System.out.println("來啊");
currentLamp = currentLamp.blackOut();
}
},
10,
10,
TimeUnit.SECONDS);
}
}
MainClass類的編寫
(1)用for迴圈創建出代表12條路線的物件。
(2)接著再獲得LampController物件並呼叫其start方法。
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();
}
}
個人總結
這個面試題我以前看了幾次，但是都不知道從何下手，思路沒理清。後來因為有事要外出，途中要經過一個十字路口，在等綠燈時，想起了張老師的面試題，就看著十字路口車的行駛路線，燈的控制，似乎有了思路。現在重新學習這個面試題，想起了之前的十字路口，思路開始清晰了起來，跟著張老師的講解，弄清楚了交通燈實現思路。在這個面試題中，我最大的收穫就是學習到了面向物件設計思想；其次是要弄清楚實現時要有幾個類，每個類有什麼功能。