黑马程序员-交通灯管理系统

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一、需求：

模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：

1、异步随机生成按照各个路线行驶的车辆，如：

       由南向而来去往北向的车辆 ----直行车辆

       由西向而来去往南向的车辆---- 右转车辆

       由东向而来去往南向的车辆---- 左转车辆

       ….

2、信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。

3、应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。

4、具体信号灯控制逻辑与现实生活中普通交通灯控制逻辑相同，不考虑特殊情况下的控制逻辑。

5、注意：

1、南北向车辆与东西向车辆交替放行，同方向等待车辆应先放行直行车辆而后放行左转车辆。

2、每辆车通过路口时间为1秒（提示：可通过线程Sleep的方式模拟）。

3、随机生成车辆时间间隔以及红绿灯交换时间间隔自定，可以设置。

4、不要求实现GUI，只考虑系统逻辑实现，可通过Log方式展现程序运行结果。

6、说明：

这里要实现的是模拟十字路口的交通灯管理系统逻辑，是对交通灯的控制，而不是模拟汽车的移动过程。所以不用将车作为主体对象， 再单独产生一个类。只需要将车和路绑定在一起即可。

二、需求分析：

1、图解分析：

简述：

1、这里总共有12条路线，每条路线作为一个对象存在。

2、作为编程模型，可假设每条线路都有一个红绿灯，对其控制。

3、其中右转弯的4条路线的控制灯可以假设为常绿状态。

4、另外的八条线路是两两成对的，就可以归为4组，程序只需考虑图中标注了数字的4条路线的控制灯的切换顺序即可，这4条路线的对应的      反向的控制灯是随着这4条路线进行相同切换的。

2、面向对象的分析与设计：

涉及到的对象：红绿灯、红绿灯控制系统、汽车和路线。

1、对路线和车两个对象的分析：

路拥有车辆这个数据，路本身知道自己身上有几辆车，所以，路作为一个集合，有增加和删除对象（车）的方法，这样就可以将车和路 线绑定在一起。

1）设计一个Road类表示路线，有12条路线，就产生12个Road对象。

2）路里面有一个集合，可以随机增加新的车辆存入集合中，这个集合可以定时的删除车辆。

3）每条路线每隔一秒都会对控制本路线的灯是否为绿，绿灯状态就会将车存入集合；并每隔一秒移除第一辆车，表示车辆穿过路口。

2、对红绿灯和红绿灯控制系统两个对象的分析：

1）设计一个Lamp类来表示一个交通灯，每个交通灯都维护一个状态：亮（绿）或不亮（红），每个交通灯要有变亮和变黑的方法，并      且能返回自己的亮黑状态。

2）对应12条路线要产生12个交通灯。右拐弯的路线可不受灯的控制，但是为了让程序采用统一的处理方式，故假设出有四个右拐弯的       灯且为常亮状态，即永远不变黑。

3）除了右拐弯方向的其他8条路线的灯，它们是两两成对的，可以归为4组，所以，在编程处理时，只要从这4组中各取出一个灯，对      这4个灯依次轮询变亮，与这4个灯方向对应的灯则随之一同变化，因此Lamp类中要有一个变量来记住自己相反方向的灯，在一个      Lamp对象的变亮和变黑方法中，将对应方向的灯也变亮和变黑。每个灯变黑时，都伴随者下一个灯的变亮，Lamp类中还用一个变      量来记住自己的下一个灯。

4）无论在程序的什么地方去获得某个方向的灯时，每次获得的都是同一个实例对象，所以Lamp类改用枚举来做显然具有很大的方便       性，永远都只有代表12个方向的灯的实例对象。

5）设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。

三、程序的编写：

一、Road类的编写：

分析：

1、可以将每条路线看作一个对象，就有12个Road的实例对象。

2、每条路线上都有有车，应该随机产生新的车辆，将产生的车辆存储到路内部的一个集合中。在Road对象的构造方法中启动一个线程      每隔一个随机的时间向vehicles集合中增加一辆车（用一个“路线名_id”形式的字符串进行表示）。

3、路要以灯为标准，判断是否灯是亮的，在灯亮的时间内，才能让车行驶，即移除路面上的第一辆车。

4、移除车辆的操作，要用到定时器，并每隔一秒检查该方向上灯是否为绿，是则在相应的时间内移除第一辆车，使用       scheduleAtFixedRate方法。

 代码如下：

 package com.isoftstone.interview.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;

 /**
  * 每个Road对象代表一条路线，总共有12条路线，即系统中总共要产生12个Road实例对象。
  * 每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存。
  * 每条路线每隔一秒都会检查控制本路线的灯是否为绿，是则将本路线保存车的集合中的第一辆车移除，即表示车穿过了路口。
  * @author 张孝祥 www.it315.org
  *
  */
 public class Road {
     private List vechicles = new ArrayList();

     private String name =null;
     public Road(String name){
         this.name = name;

         //模拟车辆不断随机上路的过程
         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);
                 }
             }

         });

         //每隔一秒检查对应的灯是否为绿，是则放行一辆车
         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);

     }
 }

二、Lamp类的编写：

分析：

1、总共有12条路线，有12个方向，就需要定义12灯，用枚举类创建灯对象

2、12个灯分别如代码中所示

3、12个灯中，有四个右转的等可设为常亮状态，即S2E,E2N,N2W,W2S

4、对于剩下的灯，可分为4组，每组的两个灯是对应的，这里设置当前灯和对应灯

5、对应的两个灯是同时亮的，而与其垂直方向的灯则不能亮。如南北方向灯亮，东西方向则不亮

6、当前灯亮时，就要设置对应灯为亮，并设置垂直方向灯为不亮

 代码如下：

 package com.isoftstone.interview.traffic;

 /**
  * 每个Lamp元素代表一个方向上的灯，总共有12个方向，所有总共有12个Lamp元素。
  * 有如下一些方向上的灯,每两个形成一组，一组灯同时变绿或变红，所以，
  * 程序代码只需要控制每组灯中的一个灯即可：
  * s2n,n2s
  * s2w,n2e
  * e2w,w2e
  * e2s,w2n
  * s2e,n2w
  * e2n,w2s
  * 上面最后两行的灯是虚拟的，由于从南向东和从西向北、以及它们的对应方向不受红绿灯的控制，
  * 所以，可以假想它们总是绿灯。
  * @author 张孝祥 www.it315.org
  *
  */
 /**/

 public enum Lamp {
     /*每个枚举元素各表示一个方向的控制灯*/
     S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),
     /*下面元素表示与上面的元素的相反方向的灯，它们的“相反方向灯”和“下一个灯”应忽略不计！*/
     N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),
     /*由南向东和由西向北等右拐弯的灯不受红绿灯的控制，所以，可以假想它们总是绿灯*/
     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;
     }


     /*当前灯是否为绿*/
     private boolean lighted;
     /*与当前灯同时为绿的对应方向*/
     private String opposite;
     /*当前灯变红时下一个变绿的灯*/
     private String next;
     public boolean isLighted(){
         return lighted;
     }

     /**
      * 某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿
      */
     public void light(){
         this.lighted = true;
         if(opposite != null){
             Lamp.valueOf(opposite).light();
         }
         System.out.println(name() + " lamp is green，下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过！");

     }

     /**
      * 某个灯变红时，对应方向的灯也要变红，并且下一个方向的灯要变绿
      * @return 下一个要变绿的灯
      */
     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("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next);
             nextLamp.light();
         }
         return nextLamp;
     }
 }

三、LampContriller类的编写：

分析：交通灯控制器

1、最开始有个当前灯作为第一个灯运行

2、在构造方法中，要指定当前灯为绿状态，以S2N作为第一个，创建一个定时器，每隔十秒，让当前灯变红，让下一个方向（垂直方       向）的灯变绿

代码如下：

 package com.isoftstone.interview.traffic;

 import java.util.concurrent.Executors;
 import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
 import java.util.concurrent.TimeUnit;

 public class LampController {
     private Lamp currentLamp;

     public LampController(){
         //刚开始让由南向北的灯变绿;
         currentLamp = Lamp.S2N;
         currentLamp.light();

         /*每隔10秒将当前绿灯变为红灯，并让下一个方向的灯变绿*/
         ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);
         timer.scheduleAtFixedRate(
                 new Runnable(){
                     public  void run(){
                         System.out.println("来啊");
                         currentLamp = currentLamp.blackOut();
                 }
                 },
                 10,
                 10,
                 TimeUnit.SECONDS);
     }
 }

四、主类的编写：

测试：

1、创建12条路线，即12个对象

2、运行交通灯控制器系统LampController

代码如下：

 package com.isoftstone.interview.traffic;

 public class MainClass {

     /**
      * @param args
      */
     public static void main(String[] args) {

         /*产生12个方向的路线*/
         String [] directions = new String[]{
                 "S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"
         };
         for(int i=0;i
             new Road(directions[i]);
         }

         /*产生整个交通灯系统*/
         new LampController();
     }

 }

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