交通灯管理系统

交通灯管理系统需求：

模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：

Ø 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

       。。。

Ø 信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。

Ø 应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。

Ø 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。

Ø 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）。

Ø 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。

Ø 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。

分析：

1. 先画图理清系统的需求和逻辑：

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。

针对系统进行面向对象的分析和设计：

（面向对象的分析和设计的一个重要经验是：谁拥有数据，谁就对外提供操作数据的方法）

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。
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。

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。
（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（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。

package com.test.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 {
	private String name ;
	private List<String> vehicles = new ArrayList<String>();
	
	public Road(String name){
		this.name=name;
		ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
		pool.execute(new Runnable(){
			public void run() {
				for(int i = 0 ; i < 1000 ; i++ ){
					try {
						Thread.sleep(new Random().nextInt(11)*1000);
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
					vehicles.add(Road.this.name+"_"+i);
				}
				
			}			
		});
		
		ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
		timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable(){

			public void run() {
				if(vehicles.size()>0){
					if(Lamp.valueOf(Road.this.name).isGreen()){
						System.out.println(vehicles.remove(0)+ " is running");
					}
				}
			}		
		}, 
		1, 
		1, 
		TimeUnit.SECONDS);
		
	}
}

2，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类的编写：

（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。

package com.test.traffic;

public enum Lamp {
	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);
	
	private String oppositeLampName ;
	private String nextLampName ;
	private boolean isGreen;
	
	public boolean isGreen(){
		return isGreen;
	}
	
	private Lamp(String oppositeLampName , String nextLampName ,boolean isGreen){
		this.oppositeLampName=oppositeLampName ;
		this.nextLampName=nextLampName;
		this.isGreen=isGreen ;
	}
	
	public void turnGreen(){
		this.isGreen=true;
		if(this.oppositeLampName!=null){
			Lamp.valueOf(this.oppositeLampName).turnGreen();
		}
		System.out.println(this.name()+" lamp is Green . We can see vehicles from 6 directions .");
	}
	
	public void turnRed(){
		this.isGreen=false ;
		if(this.oppositeLampName!=null){
			Lamp.valueOf(this.oppositeLampName).turnRed();
		}
		Lamp nextLamp =null;
		if(this.nextLampName!=null){
			nextLamp = Lamp.valueOf(this.nextLampName);
			System.out.println("Green light turn from " +this.name()+ " to "+this.nextLampName);
			nextLamp.turnGreen();
		}
	}
	
	
}

3，设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。

LampController类的编写：

（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。
（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变绿。

package com.test.traffic;

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.turnGreen();
		ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
		timer.scheduleAtFixedRate(
				new Runnable(){
					public void run() {
						currentLamp.turnRed();
					}					
				},
				10, 
				10, 
				TimeUnit.SECONDS);
	}
}

4，MainClass类的编写

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。

package com.test.traffic;

import com.test.traffic.LampController;
import com.test.traffic.Road;

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();
	}
	
}