黑马学习日记8
黑马程序员-交通灯管理系统
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模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：
异步随机生成按照各个路线行驶的车辆。信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。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。
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）。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。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。
总结:
画图有利于我们理解和分析的问题,化繁为简.
首先,我们必须深刻理解面向对象程序的分析与设计.
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。
枚举
此系统中,用枚举方式实现了Lamp类枚举对象必须定义在开头,属性和方法定义在对象的后面把枚举的名称用字符串的形式传给枚举,就能获取相对应的对象使用方法为 枚举名.valueOf(“对象名”)
接口 Executor
执行已提交的runnable任务的对象。此接口提供一种将任务提交与每个任务将如何运行的机制（包括线程使用的细节、调度等）分离开来的方法。通常使用 Executor 而不是显式地创建线程。例如，可能会使用以下方法，而不是为一组任务中的每个任务调用 new Thread(new(RunnableTask())).start()：
方法execute
在未来某个时间执行给定的命令。该命令可能在新的线程、已入池的线程或者正调用的线程中执行，这由 Executor 实现决定。
void execute(Runnable command)
在未来某个时间执行给定的命令。该命令可能在新的线程、已入池的线程或者正调用的线程中执行，这由 Executor 实现决定。
command- 可运行的任务
抛出：RejectedExecutionException- 如果不能接受执行此任务。NullPointerException- 如果命令为 null
接口 ExecutorService
newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory)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，并在需要时使用提供的 ThreadFactory 创建新线程。
接口 ScheduledExecutorService
可安排在给定的延迟后运行或定期执行的命令。
newScheduledThreadPool(int corePoolSize)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。
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。
代码如下:
ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
pool.execute(new Runnable(){
public void run(){
for(int i=1;i<1000;i++){
try {
//Random().nextInt(10)随机产生一个0-10的数,不包括Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();
}
vehicles.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);
//建立一个定时器
timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable(){
public void run(){
if(vehicles.size()>0){
boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
if(lighted){
System.out.println(vehicles.remove(0) + ",is traversing !");
}
}
}
},
1,
1,
TimeUnit.SECONDS);
分析与设计步骤:
初步设想这个系统中有哪些对象:红绿灯,红绿灯控制系统,道路,汽车.
进一步考虑,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。
由此,系统中存在的对象就是红绿灯,红绿灯控制系统,道路那么,我们定义3个类,Lamp,LampController,Road.
Road类
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。
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。
package cn.study.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 {
List<String> vehicles = 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ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
pool.execute(new Runnable(){
public void run(){
for(int i=1;i<1000;i++){
try {
//Random().nextInt(10)随机产生一个0-10的数,不包括Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//回顾:外部类变量和局部变量同名时,访问外部来变量需用外部类名.this.变量名vehicles.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);
//建立一个定时器
timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable(){
public void run(){
if(vehicles.size()>0){
boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
if(lighted){
System.out.println(vehicles.remove(0) + ",is traversing !");
}
}
}
},
1,
1,
TimeUnit.SECONDS);
}
}
Lamp类
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。
Lamp类编写
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 cn.study.traffic;
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","N2S",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 nextLamp,boolean lighted){
this.opposite = opposite;
this.nextLamp = nextLamp;
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 nextLamp;
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;
//防止死循环,只有一边有对应的灯
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){
//把名称给枚举,就能得到该名称对应的枚举对象
Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
}
Lamp next = null;
if(nextLamp != null){
next = Lamp.valueOf(nextLamp);
System.out.println("绿灯从," + name() + "-------->切换为:" + nextLamp);
//next = Lamp.valueOf(nextLamp);
next.light();
}
return next;
}
}
LampController类
设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。
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 cn.study.traffic;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
//灯控制器
public class LampController {
//定义一个当前灯
private Lamp currentLamp;
public LampController(){
//刚开始让由南向北的灯变绿
currentLamp = Lamp.S2N;
currentLamp.light();
//定义一个定时器
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
//每十秒让灯变换一次
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
public void run(){
currentLamp = currentLamp.blackOut();
}
},
10, 10, TimeUnit.SECONDS);
}
}
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。
package cn.study.traffic;
public class MainClass {
public static void main(String[] args) {
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]);
}
new LampController();
}
}
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