我的Java开发学习之旅------>交通灯管理系统

1.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。

2.切不可空想，一定要画图

画图非常有助于理解和分析问题，你还有比画图更好的办法吗？

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。

具体分析及代码编写如下：

/**

*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。

*/

/*每个枚举元素各表示一个方向的控制灯*/

 S2N("N2S","S2W",false),S2W("E2N","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;因为这四个方向都是右手方向，

 *在中国现实生活中车辆靠右行，所以右手边车辆不需要红绿灯控制可以随便行走车辆

 *不会与其他路线上的车辆冲突;所以，可以假想它们总是绿灯*/

 S2E(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true),E2N(null,null,true);

3.面向对象的分析与设计

l     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。

Ø     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。

Ø     每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存。

Ø     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。

l     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。

Ø     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。

Ø     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（红）。

Ø     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。

Ø     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。

Ø     设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。

  面向对象讲解与窍门：

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，你把门关上了等。

4.代码实现简介（主要类分析）

l     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。

l     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。

l     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（即一个私有变量一个对外构造方法）。

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。

l     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。

 

 

 

1. Lamp类的编写


package com.isoftstone.interview;

/**
* 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("E2N","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;因为这四个方向都是右手方向，
     * 在中国现实生活中车辆靠右行，所以右手边车辆不需要红绿灯控制可以随便行走车辆
     * 不会与其他路线上的车辆冲突;所以，可以假想它们总是绿灯*/
    S2E(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true),E2N(null,null,true);

    /*当前灯是否亮着，即是否为绿灯*/
    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;

    //带以上三个参数的构造方法
    private Lamp(String opposite, String next,boolean lighted) {
        this.opposite = opposite;
        this.next = next;
        this.lighted = lighted;
    }

    /**
     * 判断是否为绿灯的方法
     * @return
     */
    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;
        //如果opposite为null则使改方法死循环，就是一直亮着绿灯
        if(opposite !=  null){
            /*valueOf()方法为枚举类自带的方法;把字符串名字传进去返回对应的枚举对象；
             * 可能有的人会说为什么不直接把opposite变量定义成枚举Lamp型；
             * 这里笔者这么考虑：如果定义成Lamp型，那么上面的S2N这些属性变量
             * 里面不方便传值，改成现在这样写，即将opposite定义成String型的，
             * 直接给这些属性变量传入一个字符串即可，方便了很多
             */
            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
     * @return 下一个要变绿的灯
     */
    public Lamp blackOut(){
        this.lighted = false;
        if(opposite !=  null){
            Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
        }
        Lamp nextLamp = null;
        if(next !=  null){
            nextLamp = Lamp.valueOf(next);
            //name()方法也是枚举类自带的方法，返回一个自身属性名
            System.out.println("绿灯从" + name() +"-------->切换为" + next);
            nextLamp.light();
        }
        return nextLamp;
    }

}

2. Road类的编写

package com.isoftstone.interview;

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 {

    //vehicles代表车俩，是个车俩集合，包括大卡车、小驾车等等所有车俩
    List<String> vehicles = new ArrayList<String>();
    //name成员变量表示方向
    String name = null;

    public Road(String name){
        this.name = name;

        //模拟车辆不断随机上路的过程
        /*Executors是jdk5新特性中的执行器，可以这么记：我们起的工具类比如utils都是以s结尾，
         * 改类如何用如何拼写必须记住，Executors类似,改类有大量的静态方法；改执行器可以new多种线程池，
         * 当然也可以new出下面的单独线程，不管是线程池还是线程都返回一个ExecutorService类型的值
         */
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        //Runnable是接口不能直接new出但是可以将其弄成内部类new出其的实现类
        executor.execute(new Runnable() {

            @Override
            public  void run() {
                //产生999辆车
                for(int i=1;i<1000;i++){
                    try {
                        //休息1到10秒随机时间
                        Thread.sleep((new Random().nextInt(10) +1) *1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    /*内部类访问外部的成员变量可以讲外部类的改成员变量弄错final最终的，
                    也可以在内部类中使用外部类名.this.外部类变量的方法达到目的*/
                    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
        //定时器（连环爆炸器）的编写，应用相当广泛，必会；new的是Scheduled（调度）调度池
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
        timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {

            @Override
            public  void run() {
                //先检查路上有没有车辆
                if(vehicles.size()>0){
                    boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
                    if(lighted){
                        //traversing:正在穿过
                        System.out.println(vehicles.remove(0) +" is traversing !");
                    }
                }
            }
        },
        1,  //过多少时间去干这件事
        1,  //隔多少时间再去干这件事
        TimeUnit.SECONDS);//说明上面数值的定量单位，是隔1秒呢还是1分钟或1小时呢;
    }


}

3. LampController类的编写

package com.isoftstone.interview;

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
* 车辆控制器，主要操作对象
*/
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*/
        Executors.newScheduledThreadPool(1).scheduleAtFixedRate(new Runnable() {

            @Override
            public  void run() {
                System.out.println("车辆有本事你来啊！");
                currentLamp = currentLamp.blackOut();
            }
        },
        10,
        10,
        TimeUnit.SECONDS);

    }

}

4. MainClass类的编写

package com.isoftstone.interview;

public class MainClass {

    /**
     * @param args
     */
    public staticvoid main(String[] args) {
        /*产生12个方向的路线*/
        String[] directions = {"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();
    }

}

 

 

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  作者：欧阳鹏  欢迎转载，与人分享是进步的源泉！

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