[项目]交通灯管理系统

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交通灯管理系统

 

模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：

 

Ø 异步随机生成按照各个路线行驶的车辆。

例如：

       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

       。。。

 

Ø 信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。

 

Ø 应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。

 

Ø 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。

注：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。

 

Ø 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）。

 

Ø 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。

 

Ø 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。

 

面向对象的分析与设计

每条路线上都会出现多辆车，路线上要随机增加新的车，在灯绿期间还要每秒钟减少一辆车。
设计一个Road类来表示路线，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。

每条路线每隔一秒都会检查控制本路线的灯是否为绿，一个灯由绿变红时，应该将下一个方向的灯变绿。
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。
总共有12条路线，所以，系统中总共要产生12个交通灯。右拐弯的路线本来不受灯的控制，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，只是这些灯为常亮状态，即永远不变黑。
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。
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。
设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。

Road类

每个Road对象都有一个name成员变量来代表方向，有一个vehicles成员变量来代表方向上的车辆集合。
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）。
在Road对象的构造方法中启动一个定时器，每隔一秒检查该方向上的灯是否为绿，是则打印车辆集合和将集合中的第一辆车移除掉。

Lamp类

系统中有12个方向上的灯，在程序的其他地方要根据灯的名称就可以获得对应的灯的实例对象，综合这些因素，将Lamp类用java5中的枚举形式定义更为简单。
每个Lamp对象中的亮黑状态用lighted变量表示，选用S2N、S2W、E2W、E2N这四个方向上的Lamp对象依次轮询变亮，Lamp对象中还要有一个oppositeLampName变量来表示它们相反方向的灯，再用一个nextLampName变量来表示此灯变亮后的下一个变亮的灯。这三个变量用构造方法的形式进行赋值，因为枚举元素必须在定义之后引用，所以无法再构造方法中彼此相互引用，所以，相反方向和下一个方向的灯用字符串形式表示。
增加让Lamp变亮和变黑的方法：light和blackOut，对于S2N、S2W、E2W、E2N这四个方向上的Lamp对象，这两个方法内部要让相反方向的灯随之变亮和变黑，blackOut方法还要让下一个灯变亮。
除了S2N、S2W、E2W、E2N这四个方向上的Lamp对象之外，其他方向上的Lamp对象的nextLampName和oppositeLampName属性设置为null即可，并且S2N、S2W、E2W、E2N这四个方向上的Lamp对象的nextLampName和oppositeLampName属性必须设置为null，以便防止light和blackOut进入死循环。

LampController类（控制器）

整个系统中只能有一套交通灯控制系统，所以，LampController类最好是设计成单例。
LampController构造方法中要设定第一个为绿的灯。
LampController对象的start方法中将当前灯变绿，然后启动一个定时器，每隔10秒将当前灯变红和将下一个灯变绿。

MainClass类

用for循环创建出代表12条路线的对象。
接着再获得LampController对象并调用其start方法。

代码：

import  java.util.ArrayList;

import  java.util.List;

import  java.util.Random;

import  java.util.concurrent.Executors;

import  java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;

import  java.util.concurrent.TimeUnit;

public  class  Ts {

        public  static  void  main(String[] args)  throws  Exception {

              /* 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 < directions. length ; i++) {

                    new  Road(directions[i]);

            }

              /* 产生整个交通灯系统 */

              new  LampController();

      }

}

/**

 * 路的对象

 */

class  Road {

        // 路名

      String  name ;

        // 灯状态

        private  boolean  lamp  ;

        // 把路看成是一个有序集合,list 面向接口编程

        private  List  roadList  =  new  ArrayList();

        // 汽车编号

      Integer  car  = 1;

        // 路的构造方法

      Road(String name) {

              // 路名

              this . name  = name;

              // 搞出一个线程池

            ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(2);

              /** 一个线程不停地往路的末尾加车 */

              // 延迟运行的时间为，依次是1秒，1+随机秒，1+随机+随机

            pool.scheduleAtFixedRate(  new  Runnable() {

                    @Override

                    public  void  run() {

                          roadList .add( car );

                          // 内部类掉外部类的变量

                          //System.out.println(Road.this.name + "方向_第" + car + "辆车来了");

                          car ++;

                  }

            }, 1,  /* 随机时间 */  ( new  Random().nextInt(10) + 1), TimeUnit. SECONDS  );

              /** 一个线程当绿灯时1秒走一辆车 */

            pool.scheduleAtFixedRate(  new  Runnable() {

                    @Override

                    public  void  run() {

                          // 看灯

                          lamp  = Lamp.valueOf(Road.  this . name  ). lamp  ;

                          if  (Road. this . lamp  &&  roadList .size() > 0) {

                              System.  out .println(Road. this . name  +  "方向_第"

                                          +  roadList .remove(0) +  "号车开走了"  );

                        }

                  }

            }, 1, 1, TimeUnit.  SECONDS );

      }

}

/**

 * 灯的枚举

 */

enum  Lamp {

        // N

        // W E

        // S

        N2S ( false  ,  "S2N"  ,  "N2E"  ),  W2E (  false ,  "E2W"  ,  "W2N"  ),  N2E (  false ,  "S2W" ,  "W2E"  ),  W2N (

                    false ,  "E2S"  ,  "N2S"  ),  // 北与西的灯

        S2N ( false  ,  null ,  null ),  E2W ( false  ,  null ,  null ),  S2W ( false  ,  null ,  null ),  E2S  (

                    false ,  null  ,  null ),  // 与上面对着的灯

        N2W ( true  ,  null ,  null ),  W2S ( true  ,  null ,  null ),  S2E ( true  ,  null ,  null ),  E2N  (

                    true ,  null  ,  null ); // 常绿灯

        // 灯的状态

        boolean  lamp  ;

        // 对面的灯

      String  opposite ;

        // 下一个灯

      String  nextLamp ;

        // 用string，而不用lamp,因为某个枚举对象存在是而另一个还不存在

        private  Lamp( boolean  lamp, String opposite, String nextLamp) {

              this . lamp  = lamp;

              this . opposite  = opposite;

              this . nextLamp  = nextLamp;

      }

        // 让一组灯变绿

        void  greens() {

              this . lamp  =  true ;

              if  ( opposite  !=  null ) {

                  Lamp. valueOf( opposite ).  lamp  =  true  ;

                  System.  out .println( this .name() +  "和"  +  opposite  +  "绿了"  );

            }

      }

        // 让一组灯变红，下一组变绿

      Lamp reds() {

              this . lamp  =  false ;

              if  ( opposite  !=  null ) {

                  Lamp. valueOf( opposite ).  lamp  =  false  ;

                  System.  out .println( this .name() +  "和"  +  opposite  +  "红了"  );

            }

              if  ( nextLamp  !=  null )

                  Lamp. valueOf( nextLamp ).greens();

              return  Lamp.valueOf(  this . nextLamp  );

      }

}

/**

 * 灯的控制器

 */

class  LampController {

        private  Lamp  lamp  ;

        public  LampController() {

              // 刚开始让由南向北的灯变绿;

              lamp  = Lamp. N2S ;

              lamp .greens();

              /* 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() {

                          lamp  =  lamp  .reds();

                  }

            }, 10, 10, TimeUnit.  SECONDS );

      }

}

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