【交通信号管理系统】(需求,分析,思路,完整代码)
交通灯管理系统的项目需求
模拟实现十字路口的交通灯管理系统罗技，具体需求如下：
异步随即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
信号灯忽略黄得功，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）
随即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，只考虑系统罗技实现，可通过log方式展现程序运行结果
由上图可知，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条路线是两两成对，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。
总结:在做项目是一定不要空想，一定要先把草图画出来，这样更利于思考解决问题。把一个复杂的问题，分解后各个击破：
1. 直行南-->北 北-->南 是一条线路
2. 左转南-->西 北-->东 是一条路线
3. 直行东-->西 西-->东 是一条线路
4. 左转东-->南 西-->北 是一条路线
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。汽车看到己所在路线对应的等绿了就穿过路口吗？不是，还需要看其前面是否有车。看前面是否有车，该问那个对象呢？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，我们这里并不要天线车辆移动的过程，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。
五幅图了解交通信号灯的全过程
（此图由第22届javaEE+Android技术交流区黑友赵晓东同学绘制分享在此借鉴）
面相对象设计把我一个重要的经验：
谁拥有数据，谁就对外提供操作这些数据的方法
写交通信号灯前，温习面对对象的几个典型案例：
1.人在黑板上画圆，问这是哪个对象上的方法?
对象：人(person),黑板(blackboard),圆(circle)
方法：画圆时需要圆心，半径，调用的是谁内部的数据，就是调用谁的方法，明显是圆的方法
2.列车司机紧急刹车
对象：人，列车
方法：刹车时调用的是列车的内部系统，所以列车就是方法
3. 售票员统计售票的总金额
对象：售票员，票
方法：调用的是票上的金额累加，所以票就是方法
4.你把门关上了
对象：人，门
方法：调用的是门，所以门就是方法
两个面对对象的试题，用面对对象的方式设计如下情景：
1. 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。
StoneKnife =KnifeFactory.createKnife(Stone first,Stone second) // 用两块石头做成石刀
//因为是“两块”石头变成“一把”石刀，KnifeFactory.crateKnife()方法接受的参数应该是两块石头，
//所以，crateKnife()方法的完整定义形式应该为：createKnife(Stonefirst,Stone second)
Stone
material=StoneKnife.cut(tree); //用刀砍树，得到木材
Tree
chair=chairFactory.makeChair(materia) //用木材做成椅子
Material//木材
chair//椅子
2. 球从一根绳子的一段移动到另一端。
Class Rope{
Private Point start;
Private Point end;
Public Rope(Point start,Point end){
This.start =start;
This.end = end;
}
}
Public PointnextPoint(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，这个细节不输于设计阶段要考虑的问题，
如果当前点是终止点，则返回null，如果当前点不是线上的点，则抛出异常.*/
Class Ball{
Private Rope rope;
Private Point currentPoint;
Public Ball(Rope rope,startPoint){
This.rope = rope;
This.currentPoint =startPoint;
}
Public void move{
currentPoint =rope.nextPoint(currentPoint);
System.out.print(“小球移动到了”+currentPoint)；
}
}
面相对象的分析与设计（交通信号灯的总体思路）：
每条路线上都会出现多辆车，路线上要随即增加新的车，在绿灯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。
每条路线上随即增加新的车辆，增加到一个集合中保存。
每条路线每个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。
每条路线每个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，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个灯一次轮换变量，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，都伴随着下一个灯变亮。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。
一、设计编写Road类 -->模拟汽车上路
思路：
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。
2. 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。
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。
package com.isoftstone.interview;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;
public class Road {
//创建一个集合存储车辆
List<String> vehicles = new ArrayList<String>();
private String name = null;
public Road(String name) {
this.name = name;
/**
* 定义一个线程，在vehicles集合中增加车辆
*/
ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
pool.execute(new Runnable() {
public void run() {
for (int i = 1; i <=1000; i++) {
try {
Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);
vehicles.add(Road.this.name + "_" + i);// 内部类访问外部类的成员变量的方法是：外部类名.this.外部内的成员变量
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
});
// 定义一个定时器，将vehicles集合中的第一辆车移出
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
public void run() {
if (vehicles.size() > 0) {
boolean ligntGreen =Lamp.valueOf(Road.this.name).isLignted();
if (ligntGreen) {
System.out.println(vehicles.remove(0)+"_"+"is travering");
}
}
}
}, 1, 1, TimeUnit.SECONDS);
}
}
二、设计编写Lamp类-->模拟信号灯
思路：
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对象中的开关状态用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。
package com.isoftstone.interview;
/**
* 每一个Lamp元素，代表一个方向上的灯，总共有12个方向，所以有12个Lamp元素
*
*/
public enum Lamp {
//每个枚举元素代表灯控制的一个方向
S2N("N2S","S2W",true), S2W("N2E","E2W",true),
E2W("WSE","E2S",true), E2S("W2N","N2S",true),
//与上面4个元素相反方向的灯
N2S(null,null,false), N2E(null,null,false),
WSE(null,null,false), W2N(null,null,false),
//右转弯的4个控制灯为常绿状态
S2E(null,null,true), E2N(null,null,true),
N2W(null,null,true), W2S(null,null,true);
private boolean lighted = true;
private String opposite;
private String next;
/**
* 枚举的构造方法必须是私有的
* @param opposite
* @param next
* @param lignted
*/
private Lamp(String opposite,String next,boolean lignted) {
this.opposite = opposite;
this.next=next;
this.lighted=lignted;
}
public boolean isLignted() {
return lighted;
}
//灯变绿的方法
public void light() {
this.lighted = true;
//相反方向的灯若存在则灯变绿肥
if (opposite != null){
Lamp.valueOf(opposite).light();
}
System.out.println(name()+"is green"+"下面有6个方向有车要经过");
}
//灯变红的方法
public Lamp black(){
this.lighted=false;
//相反方向的灯若存在将灯变红
if (opposite != null)
Lamp.valueOf(opposite).black();
Lamp nextLamp=null;
if(next!=null){
System.out.println("绿灯从"+name()+"------->切换为"+next+"方向");
nextLamp=Lamp.valueOf(next);
nextLamp.light();
}
return nextLamp;
}
}
三、设计编写LampController类-->模拟信号灯的控制器
思路：
1. 在控制器的构造方法中初始化灯的方向
2. 定义一个定时器，当满足定时器设置的时间，变换灯的方向
//灯的控制器
public class LampController {
private Lamp currentLamp;
//构造方法
public LampController() {
currentLamp = Lamp.S2N;//当前灯为由南向北方向的
currentLamp.light(); //当前灯亮
//定时器，只开启一个线程
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
//每隔15秒钟，让当前的灯熄灭
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable() {
public void run() {
//当前的灯熄灭,并把下一盏变绿的灯复制给当前灯
currentLamp = currentLamp.blackOut();
}
},
15, //15秒钟
15,
TimeUnit.SECONDS
);
}
}
四、设计编写MainClass类-->模拟信号灯运行
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。
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"
};
//创建12条线路
for(int i = 0; i < directions.length; i++) {
new Road(directions[i]);
}
new LampController();
}
}