黑马程序员—7k月薪面试题之交通灯管理系统
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交通燈管理系統需求：
模擬實現十字路口的交通燈管理系統邏輯，具體需求如下：
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?? 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
?????? 。。。
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?? 信號燈忽略黃燈，只考慮紅燈和綠燈。
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?? 應考慮左轉車輛控制信號燈，右轉車輛不受信號燈控制。
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?? 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后放行左轉車輛。
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?? 每輛車通過路口時間為1秒（提示：可通過線程Sleep的方式模擬）。
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?? 隨機生成車輛時間間隔以及紅綠燈交換時間間隔自定，可以設置。
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?? 不要求實現GUI，只考慮系統邏輯實現，可通過Log方式展現程序運行結果。
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一、思路分析：
?* ?? 想想自己最熟悉的一個十字路口，可以好好回憶十字路口上的紅綠燈和車輛是如何運作的。
?* ?? 為了幫助記憶和理解，對十字路口上的紅綠燈和車輛詳細的運行狀況進行分析，所以要自己動手畫一張圖片，這樣就不至于
?* ?? 大腦思考時間一長，思維混亂了。
?* ?? 在Native2Ascii和DOM4j工具中，2表示是to的簡寫，我想因為2在英語中的讀音是two，和to讀音相同吧。
?* ?? 4表示是for，同樣的因為4的英語讀音是four，和for相同的原因。這是程序員圈子里對to和for簡寫的習慣。
?* ?? 所以在畫圖中，我們也用這些簡寫，使圖片看起來更加簡潔，一目了然。
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?* ?? 圖中一共有從四個方向來的車輛，每個方向來的車輛都有3個方向可以行駛。分別是 直行、向左拐彎、和向右拐彎。
?* ?? 所以圖中一共有12條行駛路線。為了方便于觀看，圖中同一個方向來的車輛可以行駛的3條線路為同一種顏色。
?* ?? 從南方向來的車輛可以行駛的線路分別是??? 南到北(S2N) 南到西(S2W) 南到東(S2E)
?* ?? 從東方向來的車輛可以行駛的線路分別是??? 東到西(E2W) 東到南(E2S) 東到北(E2N)
?* ?? 從北方向來的車輛可以行駛的線路分別是??? 北到南(N2S) 北到東(N2E) 北到西(N2W)
?*? 從西方向來的車輛可以行駛的線路分別是??? 西到東(W2E) 西到北(W2N) 西到南(W2S)
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?*? 為了方便于思考：我們可以簡化整個紅綠燈的運作過程，當我們考慮一個方向的直行車輛時，對面方向來的直行車輛可以不用考慮了。
?*? 當我們考慮一個方向的向左拐彎車輛時，對面方向的車輛也必然是要向它所在的方向向左拐彎。
?*? 因為他們是對應的，當S方向的車輛向對面N方向直行，那么對面N方向的車輛必然是向S方向直行的。
?*? 當S方向車輛向左邊W拐彎，那么與S方向對應的N方向要向N所在的左邊拐彎，也就是向E拐彎。
?*? 其他方向的也是同理。
?*? 而每個方向的車輛向右拐彎時是沒有紅綠燈限制的，不用考慮到他們的線路情況，所以我們把整體所有的行駛線路簡化為4條。
?*? 即? 南到北(S2N) 南到西(S2W) 東到西(E2W)? 東到南(E2S)
?*?
?*? 12條線路，為了統一編程模型，我們可以假設每條線路都有一個紅綠燈控制，上面已經說到，每個方向向右行駛的車輛，他們沒有紅綠燈
?*? 限制，就是說，可以假設這4條線路是綠燈一直常亮著。另外的8條線路都是兩兩成對，所以程序中只考慮圖中標注的 ① ② ③ ④ 這四條線路上
?*? 的紅綠燈切換的順序。而這四條線路相反方向的紅綠燈，是跟隨著這四條線路的紅綠燈一起切換的，所以不用額外考慮。
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?*? 十字路口上紅綠燈和車輛行駛的基本運行邏輯：
?*? 1.假如此刻? 南向北(S2N)方向為綠燈亮起，同樣，此刻? 北向南(N2S)方向的也必然是綠。那么，南向北和北向南方向車輛可以直行了。
?*? 2.當 南向北(S2N)和北向南(N2S)方向 控制燈變為紅燈時，那么，南向西(S2W)和 北向東(N2E)這兩個線路的燈變為綠色，這兩個線路的車輛可以行駛了。
?*? 3.當 南向西(S2W)和 北向東(N2E)方向 控制燈變為紅燈時，那么，東向西(E2W)和西到東(W2E)這兩線路必然是綠燈，他們可以行駛了。
?*? 4.當 東向西(E2W)和西到東(W2E)方向變為紅燈時，那么，東到南(E2S)和西到北(W2N)這兩條線路必然是綠燈，他們可以行駛了
?*? 5.當 東到南(E2S)和西到北(W2N)方向變為紅燈時，那么，又會切換到 南向北(S2N)和北向南(N2S)方向為綠燈，如此循環，這就是十字路口，
?*??? 紅綠燈和車輛之間運作的基本情況了。
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?*? 二、面向對象的分析與設計：
?*? 1.我們有哪些對象呢？
?*? 紅綠燈對象、紅綠燈的控制器對象(負責把某個燈變綠把另外一個燈變紅的對象，該對象控制了4組燈)、還有路線對象。
?*?
?*? 2.汽車看到自己所在路線上的燈只要是綠色就要通過該路線嗎？現實生活中，當然不是這樣，我們肯定要看前面是否有車.看前面是否有車，要看哪個對象呢？
?*? 要問路線的對象，我們要這么想，路線對象相當于集合，這個集合中放了好多車輛對象。所以我們要問路線對象。而路線對象里面已經有增加車輛和減少車輛的方法。
?*? 結合題目來看，我們并不需要捕捉車輛的移動和其他更多的過程，我們只需要捕捉車輛通過路線的過程，也就是捕捉路線上減少一輛車的過程，所以車并不需要設計
?*? 成為一個單獨的對象，可以用字符串表示車。
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?*? 3.那么，有幾個燈的實例對象呢？
?*? ? 一共有12個燈的實例對象，代表著12條線路。每個方向的右拐彎在生活中是沒有燈的，但是在程序中，為了統一編程模型，我們可以假設這4條線路也都是有燈的，但這4個燈是常綠狀態。
?*? ? 對于十字路口，永遠都只有12個燈，就是說永遠都只有12個固定的實例對象，不能再new出新的實例對象，所以，我們可以用枚舉來創建這12個固定的實例對象。
?*? ? 這12個紅綠燈對象中，向右轉彎的四條線路上的4個燈為常綠狀態。另外8個燈，他們是兩兩相對的。所以我們只需要考慮4組燈的切換。所以在程序中我們只設計4個燈。
?*? ? 這4個燈都是有邏輯的，因為燈只有兩種狀態，所以我們可以設計為當燈變綠即為燈變亮了，燈變紅即為燈熄滅了。
?*? ? 當一個方向上的燈變亮(綠)，那么就要把對應相反方向線路上的燈也變亮。
?*? ? 當這個燈熄滅(變紅)，那么就要把對應相反方向線路上的燈也變紅。然后，把下一個方向線路上的燈要變綠。
?*? ? 所以燈的類里有3個變量，分別是 自己的燈、相反方向的燈、還有下一個路線上的燈。
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?*? 4.紅綠燈控制器類：
?*? ? 控制系統里面要有一個變量，記錄當前是哪一個燈為亮的。它里面有一個定時器，限定的時間一到，就要把這個燈變為紅色(熄滅)。
?*? ? 這個燈變為紅色了，變紅的方法就要返回下一個燈。定時器就要記錄下一個變綠的燈了。
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?*? 3.面向對象設計的經驗：誰擁有數據，誰就對外提供操作這些數據的方法。因為數據一般都是某個對象私有的，所以這個對象必定要提供操作這些數據的方法。
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?*? 請牢牢的掌握以下案例：
?*? ①.人在黑板上畫圓。其中包含了3個對象，Person,Blackboard,circle,而畫圓這個方法需要的圓心(x, y) x、y坐標表示圓心坐標。還需要半徑radius
?*? ? 圓心和半徑都是圓的屬性，畫圓的方法要操作這兩個屬性，所以畫圓的這個方法也是屬于圓的方法。
?*? ②.汽車司機緊急剎車。其中包含了汽車對象和司機對象。剎車方法中要操作車子的剎車系統，離合器分離，剎車片摩擦剎車盤這些都是汽車自己有的屬性，所以剎車方法也是屬于汽車這個對象的。
?*? ③.售票員統計票據的金額，其中包含了售票員對象和票據對象。統計票據金額的方法要操作票據上的商品數量和商品單價，而這些屬性也都是票據身上的，所以統計票據方法是屬于票據的。
?*? ? 而售票員只是調用了它的這個getTotalMoney()方法，這個方法的內部會計算出票據內部的總金額。
?*? ④.你把門關上了。其中包含了你對象，還有門對象。關門這個動作屬于誰的方法？屬于門的，你只是調用了門的這個關門的方法，門的關門方法內部會操作門轉動多少角度、撞到門框后伸出鎖舌。
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?*? 面試題：兩塊石頭磨成一把石刀，石刀可以砍樹，砍成木材，木材可以做成椅子。
?*? ? 這里面包含的對象：Stone石頭、StoneKnife石刀對象、Tree樹對象、Wood木材對象、Chair椅子對象
?*?
?*?StoneKnife = KnifeFactory.createKnife(Stone first, Stone second);
?*? Wood= StoneKnife.cut(tree);
?*? Chair= ChairFactory.makeChair(wood);
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程序類的編寫：
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對象代表一條路線，總共有12條路線，即系統中總共要產生12個Road實例對象。
每條路線上隨機增加新的車輛，增加到一個集合中保存。
每條路線每隔一秒都會檢查控制本路線的燈是否為綠，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，并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，但是為了讓程序采用統一的處理方式，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，因此Lamp類中要有一個變量來記住自己相反方向的燈，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自己的下一個燈。
無論在程序的什么地方去獲得某個方向的燈時，每次獲得的都是同一個實例對象，所以Lamp類改用枚舉來做顯然具有很大的方便性，永遠都只有代表12個方向的燈的實例對象。
設計一個LampController類，它定時讓當前的綠燈變紅。
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Road類的編寫:
每個Road對象都有一個name成員變量來代表方向，有一個vehicles成員變量來代表方向上的車輛集合。
在Road對象的構造方法中啟動一個線程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”形式的字符串進行表示）。
在Road對象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，是則打印車輛集合和將集合中的第一輛車移除掉。
代碼體現：
package com.itheima.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;//路線類 public class Road {//定義一個集合，用于存放車輛List<String> vehicles = new ArrayList<String>();//定義屬性，路的名字private String roadName = null;//構造函數，當新建一個路線對象時，就傳入路線的名字public Road(String roadName) {//給路線名字賦值this.roadName = roadName;//創建一個線程池ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();//向這個線程池提交一個需要執行的任務pool.execute(new Runnable() {//run方法里面就是要線程執行的任務public void run() {//循環給路上添加999輛車for (int i = 1; i < 1000; i++) {try {//線程sleep 1秒到10秒之間的隨機時間再執行下一步操作Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);//處理異常} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}//內部類要訪問外部類的成員變量，外部類名.this.外部類的成員變量名//添加車輛代碼vehicles.add(Road.this.roadName + "--the--" + i + "--car is throughing..");}}});//定時器ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);//定時器定義固定不變的頻率方法，傳入參數需要執行的任務、等待執行任務的時間、執行完任務再過多長時間、時間的計量單位timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {//run方法里面為要執行的任務public void run() {//檢查集合里面是否有車輛，如果集合不為空，就表示有車輛，那么才能執行下一行代碼if (!(vehicles.isEmpty())) {boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.roadName).isLighted();if (lighted) {//移除第一輛車，并打印提示信息System.out.println(vehicles.remove(0));}}}},1,//等待執行任務的時間，過多少時間執行任務1,//執行完任務再過多長時間TimeUnit.SECONDS);//時間的計量單位 SECONDS(秒)} }
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Lamp類的編寫:
系統中有12個方向上的燈，在程序的其他地方要根據燈的名稱就可以獲得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為簡單。
每個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后的下一個變亮的燈。這三個變量用構造方法的形式進行賦值，因為枚舉元素必須在定義之后引用，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符串形式表示。
增加讓Lamp變亮和變黑的方法：light和lightingOff，對于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，lightingOff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對象之外，其他方向上的Lamp對象的nextLampName和oppositeLampName屬性設置為null即可，并且S2N、S2W、E2W、E2N這四個方向上的Lamp對象的nextLampName和oppositeLampName屬性必須設置為null，以便防止light和lightingOff進入死循環。
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代碼體現：
package com.itheima.traffic;//交通燈枚舉類 public enum Lamp {//有交通燈控制的為8條線路，程序中只要控制住這四條線路的交通燈，另外四條相反方向的交通燈會和這4條線的交通燈一起變化S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),//這四條線路上的交通燈隨著上面條一起變化的，所以在本程序中不用對他們進行單獨的控制N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),//這四條線路上不受交通燈控制，本程序不用對他們進行單獨控制，把他們設置為常綠即可。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;}//燈亮或者不亮的變量private boolean lighted;//反方向路線的燈private String opposite;//下一個路線的燈private String next;//boolean型的javaBean的get方法要設置為is，這個方法返回燈亮或者不亮public boolean isLighted() {return lighted;}//讓燈變綠的方法，設置燈亮起public void light() {this.lighted = true;//如果有對應的燈if (opposite != null) {//就讓他對應的那個燈亮起Lamp.valueOf(opposite).light();}System.out.println(name()+"-->Traffic lamp is green!");}//讓燈變紅的方法，設置燈熄滅public Lamp lightingOff() {this.lighted = false;//如果有對應的燈if (opposite != null) {//就把對應的燈熄滅Lamp.valueOf(opposite).lightingOff();}Lamp nextLamp =null; //如果有下一個燈if (next != null) {nextLamp = Lamp.valueOf(next);System.out.println("---------------------------------------");System.out.println("Green lamp from--"+name()+"--to--"+next);//那么就把下一個燈變亮nextLamp.light();}return nextLamp;} }
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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對象的start方法中將當前燈變綠，然后啟動一個定時器，每隔10秒將當前燈變紅和將下一個燈變綠。
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代碼體現：
package com.itheima.traffic;import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService; import java.util.concurrent.TimeUnit;//交通燈控制器類 public class LampController {//當前燈屬性private Lamp currentLamp;//構造函數，初始化當前燈為 S2N 線路上的燈，并點亮它public LampController() {currentLamp = Lamp.S2N;currentLamp.light();//定時器ScheduledExecutorService timer =Executors.newScheduledThreadPool(1);//定時器定義固定不變的頻率方法timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {@Overridepublic void run() {currentLamp = currentLamp.lightingOff();}},10,10,TimeUnit.SECONDS);} }
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MainClass類的編寫:
用for循環創建出代表12條路線的對象。
接著再獲得LampController對象并調用其start方法。
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代碼體現： package com.itheima.traffic;//程序主函數 public class MainClass {public static void main(String[] args) {//把12條線路所表示的字符串添加進一個字符串數組String[] directions ={"S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2s"};//循環創建12個線路對象for (int i = 0; i < directions.length; i++) {new Road(directions[i]);}//創建紅綠燈控制器對象，運行整個交通燈系統new LampController();} }
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程序運行截取的部分結果：
N2S-->Traffic lampis green!
S2N-->Traffic lampis green!
N2S--the--1--car isthroughing..
S2N--the--1--car isthroughing..
E2N--the--1--car isthroughing..
N2W--the--1--car isthroughing..
N2S--the--2--car isthroughing..
S2E--the--1--car isthroughing..
W2s--the--1--car isthroughing..
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Green lampfrom--S2N--to--S2W
N2E-->Traffic lampis green!
S2W-->Traffic lampis green!
N2E--the--1--car isthroughing..
S2W--the--1--car is throughing..
S2W--the--2--car isthroughing..
E2N--the--2--car isthroughing..
W2s--the--2--car isthroughing..
N2E--the--2--car isthroughing..
N2W--the--2--car isthroughing..
W2s--the--3--car isthroughing..
N2W--the--3--car isthroughing..
N2E--the--3--car isthroughing..
S2E--the--2--car isthroughing..
S2W--the--3--car isthroughing..
N2E--the--4--car isthroughing..
E2N--the--3--car isthroughing..
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Green lampfrom--S2W--to--E2W
W2E-->Traffic lampis green!
E2W-->Traffic lampis green!
W2E--the--1--car isthroughing..
W2s--the--4--car isthroughing..
E2W--the--1--car isthroughing..
W2E--the--2--car isthroughing..
E2W--the--2--car isthroughing..
S2E--the--3--car isthroughing..
W2E--the--3--car is throughing..
E2W--the--3--car isthroughing..
W2E--the--4--car isthroughing..
E2W--the--4--car isthroughing..
W2E--the--5--car isthroughing..
E2W--the--5--car isthroughing..
N2W--the--4--car isthroughing..
W2E--the--6--car isthroughing..
E2N--the--4--car isthroughing..
E2N--the--5--car isthroughing..
S2E--the--4--car isthroughing..
S2E--the--5--car isthroughing..
W2s--the--5--car isthroughing..
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------- android培訓、 java培訓、期待與您交流！ ----------總結
以上是生活随笔為你收集整理的黑马程序员—7k月薪面试题之交通灯管理系统的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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