交通灯管理系统

前言

在正式进入交通灯管理这个话题之前，我们要明确这道题的要教给我们的是什么？对于现阶段的我而言，是没有能力写出这样的程序，基本是看着视频一点点的凑出来的。

这道题的重点是让我们具备面向对象程序设计的逻辑思维。

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。

实际例子：人在黑板画圆。这个时候该怎么又面向对象来描述着一行为了？

面向对象思维：有三个对象，People(人)  Blackboard(黑板)  圆(circle)，描述完三个对象后，只剩下最后一个问题，圆是如何画出来的？正常思维是人通过圆规画出来的。但是按照面向对象的思维应该是这样的：谁拥有数据，谁对外提供操作数据的方法。确定一个圆需要圆心和半径，圆这个对象就应该对外提供一个画圆的方法，它包含圆心半径这两个参数。

如文章开头所说，现阶段的我是学习借鉴，想要做出这道题能力远远不足，我是站在前人的基础上在前进。下面这道交通灯管理系统是一个分析注释版本。现在进入正题：

模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：

1、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

      ….

2、信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。

3、应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。

4、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：1）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

行车辆而后放行左转车辆。

2）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）。

3）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。

4）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

在代码实现之前，我们应该对实际的生活情况很清楚。

通过下面这张图来了解生活中的十字路口：

这是典型的一个十字路口。每个路口的车辆会有直行、左拐、右拐这三条路线，所有可以看到有12条线路。

对12条线路进行逻辑控制显然很麻烦，我们要结合实际生活来简化这个12条线路。以南北方向为例，当直行绿灯亮时，由南向北和由北向南的状态是一样的，同时我们要注意的是，南北直行时，东西方向车辆依然可以右拐（实际生活）；不管东西路线还是南北路线直行，十字路口的车辆都可以右拐；剩下最后一个问题，左拐。以南北方向为例，当南北方向的车左拐时，直行显然不行（会与对面直行车辆冲突），东西方向依然等待，但是右拐依然可以。

从上面的分析可以看到，可以把模型简化成这样：南北直行（四方向可右拐），南北方向左拐（四个方向车辆还是能右拐），东西直行（四方向能右拐），东西方向左拐（四方向车辆还是可以右拐），南北直行...交通灯一直按这个规律执行下去

上面的描述完成了路线和交通灯的大致分析。下面来看具体实现了

从题目需求中我们可以抽取出这样几个对象：交通灯、车、十字路口（12条线路）

异步随机生成按照各个路线行驶的车辆。

要求我们解决如何生成车辆、安排路线（在上面已经叙述大体思想）

分析：

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。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。

设计：

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。

实现：

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 {      public static void main(String[] args) {          }      //尽量面向接口编程      List<String> vechicles = new  ArrayList<String>();            private String name=null;      //定义构造方法       public Road(String name)      {         this.name=name;          //产生一个单独的线程           ExecutorService pool=Executors.newSingleThreadExecutor();          pool.execute(new Runnable() {                            @Override              public void run() {                   //去不停的创建车999辆车                   for (int i = 0; i < 1000; i++) {                      try {                            //调用随机函数                        Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);                      } catch (Exception e) {                           e.printStackTrace();                      }                       //外部类的名字.this.name即可访问外部类的成员变量                       vechicles.add(Road.this.name+"_"+i);                  }              }          });          //定义一个定时器，具体查看Executor类。           ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);            /*             方法说明：ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,                                       long initialDelay,                                       long period,                                       TimeUnit unit)             参数说明：command- 要执行的任务                      initialDelay- 首次执行的延迟时间                      period- 连续执行之间的周期                      unit- initialDelay 和 period 参数的时间单位*/         timer.scheduleAtFixedRate(           //Runnable是接口，只能通过内部类形式完成对象创建           new Runnable() { //该方法的一个参数 ,要执行的任务              @Override              public void run() {  //覆盖run方法 ，模拟车辆过十字路口                //把集合中第一辆车移动走                   if(vechicles.size()>0)                  {                       //根据路线的名字，得到自己对应的灯                       boolean lighted=Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();                                            //假如灯是绿的                       if(lighted)                      {                           System.out.println(vechicles.remove(0)+" is traversing !");                      }                  }              }},                  1,  //                1,                   TimeUnit.SECONDS);  //设定定时器单位时间：秒     }        }

下一步是要解决交通灯这个对象的编写。

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。

代码实现：  

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","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，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);             /*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 next;public boolean isLighted(){return lighted;}    //枚举：构造方法私有    private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted)  {          this.opposite=opposite;          this.next=next;          this.lighted=lighted;      }            //     private Lamp()  {          this.opposite=opposite;      }        /*定义灯变绿的方法,某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿  */    public void light()  {          this.lighted = true;          if(opposite!=null)  {          //名字对应的枚举对象           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！");      }        　　/*定义灯变红的方法　　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　　 返回下一个要变绿的灯　　*/       public Lamp blackOut()  {          this.lighted=false;          if(opposite!=null) {          //名字对应的枚举对象           Lamp.valueOf(opposite).blackOut();          }          Lamp nextLamp = null;          //如果有下一个灯，则让下一个灯变绿           if(next!=null)  {              nextLamp = Lamp.valueOf(next);              System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next);                nextLamp.light();          }          return nextLamp;  //返回下一个要变绿的灯    }  }  

当我们定义完交通灯后，还要对交通灯进行一个有序的控制。这里又要用到定时器。

分析：交通灯控制器

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，要指定当前灯为绿状态，以S2N作为第一个
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（垂直方向）变绿。

代码实现：

import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;import java.util.concurrent.TimeUnit;public class LampController {    //当前的灯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*/ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable(){public  void run(){System.out.println("来啊");                         //把当前的灯变红后，当前的灯应该改变陈新变绿的灯currentLamp = currentLamp.blackOut();}},10,10,TimeUnit.SECONDS);}}

主类的编写

测试：

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

代码和注释如下：

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();}}