Java基础(十六)——项目实战——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：
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：
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。
初步分析：
总共有12条路线，为了统一编程模型，可以假设每条路线都有一个红绿灯对其进行控制，右转弯的4条路线的控制灯可以假设称为常绿状态，另外，其他的8条线路是两两成对的，可以归为4组，所以，程序只需考虑图中标注了数字号的4条路线的控制灯的切换顺序，这4条路线相反方向的路线的控制灯跟随这4条路线切换，不必额外考虑。
面向对象的分析和设计
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。
1，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。
2，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。
Executors用法：
（1）创建一个线程池
staticExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)：
创建一个有固定线程数的线程池，传入一个整数，nThreads表示要线程池内的线程数，返回一个新创建的线程池
static ExecutorService newSingleThreadExecutor()：
创建一个只有一个线程数的线程池，不用传入参数，返回一个线程池（只有一线程）
（2）调用线程池的执行方法
调用ExecutorService（其实是一个接口）的实现类ThreadPoolExecutor的方法
public void execute(Runnable command)：传入一个任务（Runnable的匿名内部类，覆写run方法），在将来某个时间执行给定任务
拓展：创建带定时器的线程池
static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)：
传入具有指定线程的数作为参数，创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行（理解为延迟固定时间后执行或者每个固定频率多次执行）
返回的一个具有定时器的线程池对象，再介绍该对象的方法：
ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,//任务
long initialDelay,//首次执行的延迟时间
long period,//连续执行的周期
TimeUnit unit)//为上面的时间和周期指定单位，传入一枚举值
调用这个方法使得该任务每隔一个时间周期，不断执行
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.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。
*/
public class Road {
private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();
private String name = null;
public Road(String name) {
this.name = name;
// 模拟车辆不断随机上路的过程
//创建一个线程池，Executors为创建线程执行者
ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
pool.execute(new Runnable() { //创建匿名内部类对象
public void run() {
for (int i = 1; i < 1000; i++) {
try {
//用Random()类随机产生1至10的整数再乘以1000，因为Thread.sleep(ms)方法中的参数是以毫秒为单位的
Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
vechicles.add(Road.this.name + "_" + i);//这里因为内部类和外部类的局部变量名一样，
//所以有两种解决方式，1，把内部类所在的方法中的参数用final修饰;
//2，用外部类.this.name调用即可
}
}
});
// 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);
}
}
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.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。
*/
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
*/
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;
}
}
LampController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.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);
}
}
MainClass类的编写
>>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.isoftstone.interview.traffic;
public class MainClass {
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();
}
}