Java编程实战--交通灯管理系统分析与设计
面向对象思想分析和设计
一、面向对象设计把握一个重要的经验：
谁拥有数据，谁就对外提供操作这些数据的方法
二、典型案例：
1、人在黑板上画圆：
操作者：人，发出画的信号，
执行者：圆，它是主体对象，进行对自身的画的方法的操作
圆心和半径是圆内部的数据，它有画圆心的方法。
2、列车司机刹车：
操作者：列车司机，发出停车的信号--->给车一个踩刹车 的外力
执行者：列车，它是主体对象，进行对自身进行刹车的方法。
列车内部知道如何进行操作和控制，让自己停下来。
3、售货员统计售货小票的金额：
操作者：售货员，只是最终得到一个结果，并没有获取小票上的金额的方法
执行者：小票，它是主体对象，票据自己有统计金额的方法。
售货员对象调用票据对象的getTotalMoney()方法，getTotalMoney()方法内部计算出售货票据的总金额。
4、人关门：
操作者：人，给门发出关的信号
执行者：门，它是主体对象，自身提供何转动门轴，伸出锁舌，弹簧等将门关上方法等等。
理解这些例子，我们都会成为面向对象的设计高手!
三、面向对象程序设计的两个例子
示例一
需求：球从一根绳子的一段移动到了另一端
分析：
球：有移动的方法，构造方法要依赖于绳子
在小球的构造方法里面把当前点的坐标和绳子传给小球,这样小球和绳子就绑定了
最后给小球提供一个移动的方法
绳子：需要获取两个点,起始坐标和结束坐标（两点一线）
绳子的构造方法接受两个参数，当前点的坐标和下一个点的坐标
有一个方法，获取某一个点的下一个点的坐标
具体代码：
public class RollTest {
public static void main(String[] args) {
//......
}
}
//创建绳子类
class Rope{
//定义起始点和终止点
private Point startPoint;
private Point endPoint;
public Rope(Point startPoint,Point endPoint){
this.startPoint = startPoint;
this.endPoint = endPoint;
}
public Point getStartPoint() {
return startPoint;
}
public void setStartPoint(Point startPoint) {
this.startPoint = startPoint;
}
//创建获取下一个点的方法
public Point nextPoint(Point currentPoint){
/*
* 通过两点一线的数学公式可以计算出当前点的下一个点，
* 这个细节需要用到数学函数， 不属于设计阶段要考虑的问题
* 如果当前点是终止点，则返回null，
* 若当前点不是线上的点，则抛异常
*/
if(currentPoint==endPoint)
return null;
return currentPoint;
}
}
//创建Ball类
class Ball{
//定义操作Ball的绳子rope，以及当前点
private Rope rope;
private Point currentPoint;
public Ball(Rope rope, Point startPoint){
this.rope = rope;
this.currentPoint =startPoint;
}
public Rope getRope() {
return rope;
}
public Point getCurrentPoint() {
return currentPoint;
}
//创建小球移动的方法
public void move(){
currentPoint = rope.nextPoint(currentPoint);
System.out.println("小球移动到了" + currentPoint);
}
}
示例二
需求：两块石头磨成一把石刀，石刀可以砍树，砍成木材，木材做成椅子
分析：
这里有两个是原材料，不作为操作方法的对象，而作为被操作的对象，
即石头和树作为材料进行加工，而操作这两个对象的就是工厂，将其加工成为石刀和椅子
Stone-->StoneKnife = KnifeFaory.createKnife()接受的方法应该是两块石头，
所以createKnife()的完整定义形式应该是createKnife(Stone first,Stone second)
tree-->material = StoneKnife.cut(tree)
chair = ChairFactory.makeChair(material)
1、这里将石头磨成石刀，石头并不操作的对象，而是工厂
2、石刀是对象，有砍树的方法
3、加工椅子的工厂将木材加工成为椅子
具体代码：
public class StoneknifeTest {
public static void main(String[] args) {
//......
}
}
//创建加工chair的类
class ChairFactory{
private String trees;
public ChairFactory(String trees) {
this.trees = trees;
}
public String creat(String trees){
return "好多的椅子啊";
}
}
//创建加工石头的类
class KnifeFactory{
private KnifeFactory kf;
private Stone stones;
private String stoneKnife;
public KnifeFactory(Stone stones){
this.stones = stones;
}
//创建生产石刀的方法
public StoneKnife creat(Stone firstStone,Stone secondStone){
StoneKnife sk = null;
//creat stoneKnife
//new StoneKnife(firstStone)+ " creat " + new StoneKnife(secondStone);
return sk;
}
}
//创建Stone类
class Stone{
private Stone stone;
public Stone(Stone stone){
this.stone = stone;
}
}
//创建StoneKnife类
class StoneKnife {
public StoneKnife() {}
//创建砍树的方法
public Tree cutTree(StoneKnife sk,String tree){
Tree trees = null;
//cutTree...
return trees;
}
}
//创建树木类
class Tree{
private Tree tree;
public Tree(Tree tree){
this.tree = tree;
}
}
交通灯管理系统的分析与设计
一、项目需求：
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。
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
….
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。
二、需求分析：
一）、图解分析：
说明：
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，所以不必额外考虑。
二）、面向对象的分析与设计：
交通灯管理系统涉及到的对象：红绿灯的控制系统，汽车，路线
1、对路线和车两个对象的分析
分析:
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。
路中存储着车辆的集合，显然路上就应该有增加车辆和减少车辆的方法了。
再看题目，我们这里并不要体现车辆移动的过程，只是捕捉出车辆穿过路口的过程，
也就是捕捉路上减少一辆车的过程，所以，这个车并不需要单独设计成为一个对象，用一个字符串表示就可以了。
1）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。
2)每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存。
3)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。
2、对红绿灯和红绿灯控制系统两个对象的分析：
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。
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)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。
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、程序的设计：
一）Road类的编写：
1.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。
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。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.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，使用scheduleAtFixedRate方法。
代码和注释如下：
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;
public class Road {
/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
}
//List是面向接口编程
List<String> vechicles = new ArrayList<String>();
private String name=null;
//定义构造方法
public Road(String name)
{
this.name=name;
//定义一个线程,目前只需要1个线程
//Executors.newFixedThreadPool(nThreads);
//产生一个单独的线程
ExecutorService pool=Executors.newSingleThreadExecutor();
pool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
//去不停的创建车999辆车
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
try {
Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);
} catch (Exception e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
//name内部类的成员变量要访问外部类的局部变量，加final即可,public Road(final String name)
//外部类的名字.this.name即可访问外部类的成员变量
vechicles.add(Road.this.name+"_"+i);
}
}
});
//定义一个定时器
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
//设置固定频率，定时器
timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
//把集合中第一辆车移动走
if(vechicles.size()>0)
{
//根据路线的名字，得到自己对应的灯
boolean lighted=Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
//假如灯是绿的
if(lighted)
{
System.out.println(vechicles.remove(0)+" is traversing !");
}
}
}},
1,
1,
TimeUnit.SECONDS);
}
}
二）Lamp类的编写：
分析：
1.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。
2.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。
3.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。
4.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
代码和注释如下：
package com.isoftstone.interview.traffic;
public enum Lamp {
// 定义十二条线路
S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),
N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),
S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true);
//枚举的构造方法必须是私有的
private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted)
{
this.opposite=opposite;
this.next=next;
this.lighted=lighted;
}
//定义一个不带参数的构造方法
private Lamp()
{
this.opposite=opposite;
}
//定义灯是否是亮的
private boolean lighted;
//定义对应的灯变量,灯的名字
private String opposite;
//定义下一个灯
private String next;
//判断灯是不是亮的
public boolean isLighted()
{
return lighted;
}
//定义灯变绿的方法
public void light()
{
this.lighted = true;
if(opposite!=null)
{
//名字对应的枚举对象
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！");
}
//定义灯变红的方法
public Lamp blackOut()
{
this.lighted=false;
if(opposite!=null)
{
//名字对应的枚举对象
Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
}
Lamp nextLamp = null;
//如果有下一个灯，则让下一个灯变绿
if(next!=null)
{
nextLamp = Lamp.valueOf(next);
System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next);
nextLamp.light();
}
return nextLamp;
}
}
三）LampController类的编写：
分析：交通灯控制器
1.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。
2.LampController构造方法中要设定第一个为绿的灯，要指定当前灯为绿状态，以S2N作为第一个
3.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（垂直方向）变绿。
代码和注释如下：
/**
* 灯的控制器类
*/
package com.isoftstone.interview.traffic;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class LampController {
//当前的灯
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");
//把当前的灯变红后，当前的灯应该改成新变绿的灯
currentLamp = currentLamp.blackOut();
}
},
10,
10,
TimeUnit.SECONDS);
}
}
四）主类的编写
测试：
1.用for循环创建出代表12条路线的对象。
2.接着再获得LampController对象并调用其start方法。代码和注释如下：
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[]{
//在这里选中，用Edit->Find/Replace替换，整体的修改
"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();
}
}