模拟交通灯管理系统(掌握面向对象的经典方法)
【1】需求：
【2】面向对象的分析和设计：
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。
课外话：
我们初步设想一下有哪些对象：红绿灯，红绿灯的控制系统，汽车，路线。汽车看到自己所在路线对应的灯绿了就穿过路口吗？不是，还需要看其前面是否有车，看前面是否有车，该问哪个对象呢？该问路，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。
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。再牢牢掌握几个典型的案例就可以了：人在黑板上画圆，列车司机紧急刹车，售货员统计收获小票的金额，你把门关上了等。
学员的两个面向对象的面试题，用面向对象的方式设计如下情景。
“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”，
“球从一根绳子的一段移动到了另一端”，
【3】代码如下：
// 细节：
// 内部类，要访问外部类的局部变量，外部类的局部变量必须要加 final。也可以用：外部类的名字加上this加上成员变量。
Road类的编写：
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。
package com.itm;
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;
/**
*
【1】
ExecutorService：
newSingleThreadExecutor
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()
创建一个使用单个 worker 线程的 Executor，以无界队列方式来运行该线程。
（注意，如果因为在关闭前的执行期间出现失败而终止了此单个线程，那么如果需要，一个新线程将代替它执行后续的任务）。
可保证顺序地执行各个任务，并且在任意给定的时间不会有多个线程是活动的。
与其他等效的 newFixedThreadPool(1) 不同，可保证无需重新配置此方法所返回的执行程序即可使用其他的线程。
返回：
新创建的单线程 Executor
【2】
ScheduledExecutorService：
scheduleAtFixedRate
ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,
long initialDelay,
long period,
TimeUnit unit)
创建并执行一个在给定 初始延迟后 首次启用的定期操作，后续操作具有给定的周期；
也就是将在 initialDelay 后开始执行，然后在 initialDelay+period 后执行，
接着在 initialDelay + 2 * period 后执行，依此类推。
如果任务的任何一个执行遇到异常，则后续执行都会被取消。
否则，只能通过执行程序的取消或终止方法来终止该任务。
如果此任务的任何一个执行要花费比其周期更长的时间，则将推迟后续执行，但不会同时执行。
参数：
command - 要执行的任务
initialDelay - 首次执行的延迟时间
period - 连续执行之间的周期
unit - initialDelay 和 period 参数的时间单位
返回：
表示挂起任务完成的 ScheduledFuture，并且其 get() 方法在取消后将抛出异常
抛出：
RejectedExecutionException - 如果无法安排执行该任务
NullPointerException - 如果 command 为 null
IllegalArgumentException - 如果 period 小于等于 0。
*/
/**
* 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。
*
*/
public class Road {
// 为了 面向 接口编程 用 List。
private List vechicles = new ArrayList();
// 每条 路线的名字。
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(){
@Override
public void run() {
for(int i=0;i<1000;i++){ // 决定 产生 1000 辆车。
try {
// 1 到 10秒。
Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1) * 1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
vechicles.add(Road.this.name + "--> : " + i);
}
}
});
// 定时器：// 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(){
@Override
public void run() {
// 把集合里面的 第一辆 车 移走。
// 首先 检查 路上 有没有车。
if(vechicles.size() > 0){
// boolean lighted = true;
// 得到 自己 灯 的名字 也就是 得到自己的灯：Lamp.valueOf(Road.this.name)
boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
if(lighted){
// vechicles.remove(0) 的 返回值 就是 集合里面的 东西。
// 绿灯 亮了 就放过一辆车。
System.out.println(vechicles.remove(0)
+ ": is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！");
}
}
}
},
1,
1,
TimeUnit.SECONDS
);
}
}
Lamp类的编写：
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。
package com.itm;
/**
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。
*
*/
public enum Lamp {
/** 每个枚举元素各表示一个方向的控制灯 */
S2N("N2S","S2W",false), // 这里不可以 直接写 对应的灯，因为 还没有定义。不可以 先使用 后定义。所以要字符串 ：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);
/** 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;
// 你是不是 亮的啊？？
public boolean isLighted(){
return lighted;
}
// 枚举的 构造函数 必须是 私有的。
private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){
this.opposite = opposite;
this.next = next;
this.lighted = lighted;
}
/**
* 某个灯 变绿时，它对应方向的灯 也应该变绿。
*/
public void light(){
this.lighted = true;
// 要求 对应的 灯 也要跟着亮：
if(opposite != null){ // 这里要进行一下判断：先看看有没有对应的灯：
// opposite.light();
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");
}
public Lamp blackOut(){
this.lighted = false;
if(opposite != null){ // 这里要进行一下判断：先看看有没有对应的灯：
// opposite.light();
Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
}
// 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");
// 这样写 就是 有问题了 ---> Lamp nextLamp = Lamp.valueOf(next);
Lamp nextLamp = null;
// 这是 下一个 灯。
if(next != null){ // 这里要进行一下判断：先看看有没有对应的灯：
// opposite.light();
nextLamp = Lamp.valueOf(next);
System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next);
nextLamp.light();
}
return nextLamp;
}
}
控制类的编写：
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。
package com.itm;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class LampController {
private Lamp currentLamp;
public LampController(){
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(){
@Override
public void run() {
System.out.println(" 你可以走了^^^^ ");
// 每个十秒 就是 把当前的灯 变黑。
// 应该指向 新变绿的灯。我怎么得到 新变绿的灯呢？？在 blackOut() 中。
currentLamp = currentLamp.blackOut();
}
},
10,
10,
TimeUnit.SECONDS
);
}
}
测试类：
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。
package com.itm;
public class MainClassTest {
/**
* @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<directions.length;i++){
new Road(directions[i]);
}
/**
*
* 产生整个交通灯系统
*
* */
new LampController();
}
}
测试结果--------------->>
N2S : lamp is green, 下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过
S2N : lamp is green, 下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过
N2S--> : 0: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
N2S--> : 1: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
S2N--> : 0: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
E2N--> : 0: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
N2W--> : 0: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
S2E--> : 0: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
W2S--> : 0: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
你可以走了^^^^
绿灯从S2N-------->切换为S2W
N2E : lamp is green, 下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过
S2W : lamp is green, 下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过
S2W--> : 0: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
N2E--> : 0: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
S2W--> : 1: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
N2E--> : 1: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
S2W--> : 2: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
N2W--> : 1: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
E2N--> : 1: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
N2E--> : 2: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
S2W--> : 3: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
W2S--> : 1: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
S2E--> : 1: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
W2S--> : 2: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
S2W--> : 4: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
你可以走了^^^^
绿灯从S2W-------->切换为E2W
W2E : lamp is green, 下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过
E2W : lamp is green, 下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过
E2W--> : 0: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
W2E--> : 0: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
E2W--> : 1: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
W2E--> : 1: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
E2W--> : 2: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
W2E--> : 2: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
S2E--> : 2: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
N2W--> : 2: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
E2W--> : 3: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
W2E--> : 3: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
E2N--> : 2: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
W2S--> : 3: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
E2W--> : 4: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
W2E--> : 4: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
W2S--> : 4: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
E2W--> : 5: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
S2E--> : 3: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
E2N--> : 3: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
E2W--> : 6: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
W2S--> : 5: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
E2W--> : 7: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
E2N--> : 4: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
你可以走了^^^^
绿灯从E2W-------->切换为E2S
W2N : lamp is green, 下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过
E2S : lamp is green, 下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过
E2S--> : 0: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
W2N--> : 0: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
E2S--> : 1: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
W2N--> : 1: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
E2S--> : 2: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
W2N--> : 2: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
S2E--> : 4: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
W2S--> : 6: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
N2W--> : 3: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
E2S--> : 3: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
W2N--> : 3: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
W2N--> : 4: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
E2S--> : 4: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
S2E--> : 5: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
E2N--> : 5: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！
W2S--> : 7: is traversing! 绿灯亮了，拜拜 ！