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7K月薪面試題----交通燈管理系統

【題目要求】
模擬實現十字路口的交通燈管理系統邏輯，具體有以下需求
1). 異步隨機生成按照各個路線行駛的車輛
舉例說明如下：
. 由南向北行駛的車輛 ----直行車輛
. 由西向南行駛的車輛 ----右轉車輛
. 由東向南行駛的車輛 ----左轉車輛
…
2). 信號燈顏色選擇范圍
忽略黃燈，只考慮紅燈和綠燈
3). 左轉車輛和右轉車輛的要求
. 左轉車輛受到控制信號燈的控制
. 但是右轉車輛不受信號燈控制
【注意】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。
4). 其他說明
. 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。
. 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）。
. 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。
. 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。

【路線分析】:
圖解-------------------------------------------

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總共有12條路線，為了統一編程模型，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，程序只需考慮圖中標注了數字號的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。

【面向對象向的分析與設計】

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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。
我們初步設想一下有哪些對象：紅綠燈，紅綠燈的控制系統，汽車，路線。汽車看到自己所在路線對應的燈綠了就穿過路口嗎？
不是，還需要看其前面是否有車，看前面是否有車，該問哪個對象呢？該問路，"路中存儲著車輛的集合"，
顯然路上就應該有增加車輛和減少車輛的方法了。
再看題目，我們這里并不要體現車輛移動的過程，只是捕捉出車輛穿過路口的過程，也就是捕捉路上減少一輛車的過程，
所以，這個車并不需要單獨設計成為一個對象，用一個字符串表示就可以了。
面向對象設計把握一個重要的經驗："誰擁有數據，誰就對外提供操作這些數據的方法。"
典型案例:
1)人在黑板上畫圓 person--blackboard--circle
draw(){ x,y-->radius}//畫圓的方法是由圓提供的
2)司機剎車 driver--car
剎車動作是car身上的方法，司機只是發出了一個觸發信號
3)售票員統計票據金額
由售貨員對象調用票據對象的getTotalMoney()方法來實現

設計結構圖解：

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分析：

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至此，該系統就簡化為：路、紅綠燈、控制系統三個對象，設計的重點在于"路"增加和減少車輛的功能，
紅綠燈變綠和變紅兩個屬性，并具備返回下一個燈的功能（可以集成在變紅的方法內），由于路線是兩兩相對的，
定義一個Lamp 的oppssite 對象，是當前燈變化時，路對面也保持一致
使用單例來編寫紅綠燈控制系統，調用紅綠燈滅燈和亮燈；
路上至少有兩個線程，來增加和放行車輛
Road類
根據面向對象的思想，Road上擁有汽車，并且會隨機"增加車輛"
路面要即時判斷紅綠燈的狀態使"車輛放行"
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。
Lamp類
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blackOut，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，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blackOut進入死循環。
LampControler類
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。
MainClass
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。

代碼實現：

Road

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package com.itheima.traffic;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class Road {
private List<String> vechicles = new ArrayList<>();
private String name = null;
public Road(String name) {//路線構造函數
this.name = name;
//創建單個線程
ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
//添加車輛(隨機)
pool.execute(new Runnable(){ //Runnable接口的匿名內部類
public void run(){
for(int n=1; n<1000; n++){
try {
Thread.sleep((int) (Math.random()*1000));//0~1000隨機時間
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
vechicles.add(Road.this.name+"_"+n);//添加車輛
//內部類類訪問成員變量： Outer.this.field
}
}
});
//定時器，去除集合中元素（模擬車輛通過）
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
@Override
public void run() {
if(vechicles.size() >0){ //如果路上有車
boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
if(lighted){ //判斷燈
System.out.println(vechicles.remove(0) + " : is traversing");
}
}
}
},
1, //1秒之后
1, //周期為1個時間單位
TimeUnit.SECONDS);//時間單位為秒
}
}

Lamp

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package com.itheima.traffic;
public enum Lamp {
S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),//東南兩個需要看燈的路線
N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),//對面的燈
S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true); //右轉路線,一直通行
private Lamp(){ } //空參的構造方法
private Lamp(String opposite, String next , boolean lighted){//實參
this.opposite = opposite;
this.next = next;
this.lighted = lighted;
}
private boolean lighted;
private String opposite; //對面的燈用字符串表示，因為枚舉對象的參數不能為后面的對象
private String next;
public boolean isLighted(){//判斷燈
return lighted;
}
public void light(){ //亮燈
this.lighted = true;
if(opposite !=null) //條件判斷，防止死循環 (opposite沒有對應的opposite,不再遞歸)
Lamp.valueOf(opposite).light();//對面的燈也作出同樣的反應
System.out.println(name() + "Lamp is Green ! 6個方向有汽車通過");
}
public Lamp blackOut(){ //滅燈
this.lighted = false;
if(opposite !=null)
Lamp.valueOf(opposite).blackOut();//枚舉方法返回該字符串表示的對象
Lamp nextLamp = null;
if(next != null){
nextLamp = Lamp.valueOf(next);
System.out.println("綠燈從 "+name()+" -------轉到----->："+next);
nextLamp.light(); //當前綠燈滅時將下一個燈點亮
}
return nextLamp; //滅燈并返回下一個燈
}
}