交通灯管理系统

• 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：
  
  • 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
      
  • 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。
    

• 项目分析

• 项目模拟示意图：

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• 具体分析

• 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。
  
• 项目中需要的对象：红绿灯，红绿灯的控制系统，汽车，路线。
• 其中，路线中存储着车辆的集合，并应该有增加车辆和减少车辆的方法。
  
• 汽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。
  

• 项目设计

• 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。
  

• Lamp类

• 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。
  

• LampController类

• 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。
  

• 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。
  

• 代码实现

• Road类

  package cn.itcast.heima;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;//路线的方向private List<String> vehicle = new ArrayList<String>();//车辆的集合Road(String name){this.name = name;//创建线程，随机向集合中加入车辆ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(1);pool.execute(new Runnable() {@Overridepublic void run() {int count = 1;while (true) {try {Thread.sleep(new Random().nextInt(10000) + 1);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}vehicle.add(Road.this.name + "_" + count++);}}});//创建线程，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() {@Overridepublic void run() {if (vehicle.size() > 0 && Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted()) {System.out.println(vehicle.remove(0) + " is driving!");}}}, 1, 1, TimeUnit.SECONDS);}}

  
  
• Lamp类

  package cn.itcast.heima;public enum Lamp {//12条路线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 Lamp(String opposite, String next, boolean lighted){this.opposite = opposite;this.next = next;this.lighted = lighted;}private String opposite;//同一组的灯private String next;//下一个灯private boolean lighted;//是否为绿灯的标记//判断是否为绿灯public boolean isLighted(){return lighted;}//将当前的灯和同一组的灯由红变绿public void light(){lighted = true;if (opposite != null) {Lamp.valueOf(opposite).light();}System.out.println(name() + "变为绿灯。");}//将当前的灯和同一组的灯灯由绿变红，并将下一组灯由红变绿public Lamp blackOut(){lighted = false;if (opposite != null) {Lamp.valueOf(opposite).blackOut();}Lamp nextLamp = null;if (next != null) {nextLamp = Lamp.valueOf(next);nextLamp.light();}System.out.println(name() + "变为红灯。");return nextLamp;}}

  
  
• LampController类

  package cn.itcast.heima;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;import java.util.concurrent.TimeUnit;public class LampController {//单例设计模式private Lamp currentLamp;private LampController(){currentLamp = Lamp.S2N;}private static final LampController lampController = new LampController();public static LampController getInstance(){return lampController;}public void start(){currentLamp.light();//创建线程，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 pool = Executors.newScheduledThreadPool(1);pool.scheduleWithFixedDelay(new Runnable() {@Overridepublic void run() {currentLamp = currentLamp.blackOut();}}, 10, 10, TimeUnit.SECONDS);}}

  
  
• MainClass类

  package cn.itcast.heima;public class MainClass {/** * @param args */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个线路对象for (int i = 0; i < directions.length; i++) {new Road(directions[i]);}//运行整个交通灯系统LampController.getInstance().start();}}