黑马程序员_交通灯管理系统

来源：互联网发布：python账号注册登录编辑：程序博客网时间：2024/06/11 00:50

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交通灯管理系统

首先要用到面向对象思想，面向对象一条重要的原则：谁拥有数据，谁就对外提供操作这些数据的方法。
比如，人在黑板上画圆，操作者：人，发出画的信号，执行者：圆，它是主体对象，进行对自身的画的方法的操作。圆心和半径是圆内部的数据，它有画圆心的方法。交通灯管理系统涉及到的对象：红绿灯的控制系统，汽车，路线。
交通灯管理系统需求：
图例思考:

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。
5、注意：

（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直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

<对需求进行分析>

（1）这里总共有12条路线，每条路线作为一个对象存在。
（2）作为编程模型，可假设每条线路都有一个红绿灯，对其控制。
（3）其中右转弯的4条路线的控制灯可以假设为常绿状态。
（4）另外的八条线路是两两成对的，就可以归为4组，程序只需考虑图中标注了数字的4条路线的控制灯的切换顺序即可，这4条路线的对应的反向的控制灯是随着这4条路线进行相同切换的，所以不必额外考虑。

<面向对象的分析与设计>

交通灯管理系统涉及到的对象：红绿灯的控制系统，汽车，路线
1、对路线和车两个对象的分析
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。
（1）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。
（2)每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存。
（3)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。
2、对红绿灯和红绿灯控制系统两个对象的分析：
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。
（1)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。
（2)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。
（3)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。
（4)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。
（5)设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。

<程序的设计>

一、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。可以将每条路线看作一个对象，就有12个Road的实例对象
2.每条路线上都有有车，应该随机产生新的车辆，将产生的车辆存储到路内部的一个集合。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）。
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，使用scheduleAtFixedRate方法。
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 {
    //List是面向接口编程
    List vechicles = new ArrayList();
    private String name=null;
    //定义构造方法
    public Road(String name)
    {
       this.name=name;
        //定义一个线程,只需要1个线程
        //Executors.newFixedThreadPool(nThreads);
        //产生一个单独的线程
        ExecutorService pool=Executors.newSingleThreadExecutor();
        pool.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                // TODO Auto-generated method stub
                //去不停的创建车999辆车
                for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                    try {
                        Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);
                    } catch (Exception e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
              //name内部类的成员变量要访问外部类的局部变量，加final即可,public Road(final String name)
                    //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
        ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
        //设置固定频率，定时器
        timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                // TODO Auto-generated method stub
                //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);
     }
}

二、Lamp类的编写：

分析：
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。
代码和注释如下：
public enum Lamp {
    // 定义十二条线路
    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);
    //枚举的构造方法必须是私有的
    private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted)
    {
        this.opposite=opposite;
        this.next=next;
        this.lighted=lighted;
    }
    //定义一个不带参数的构造方法
    private Lamp()
    {
        this.opposite=opposite;
    }
    //定义灯是否是亮的
    private boolean lighted;
    //定义对应的灯变量,灯的名字
    private String opposite;
    //定义下一个灯
    private String next;
    //判断灯是不是亮的
    public boolean isLighted()
    {
        return lighted;
    }
    //定义灯变绿的方法
    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
    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;
    }
}

三、LampController类的编写：

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。

代码和注释如下：
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();
         // 做一个定时器：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，当前的灯应该改成新变绿的灯
                        currentLamp = currentLamp.blackOut();
                }
                },
                10,
                10,
                TimeUnit.SECONDS);
    }
}
        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，当前的灯应该改成新变绿的灯
                        currentLamp = currentLamp.blackOut();
                }
                },
                10,
                10,
                TimeUnit.SECONDS);
    }
}
        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，当前的灯应该改成新变绿的灯
                        currentLamp = currentLamp.blackOut();
                }
                },
                10,
                10,
                TimeUnit.SECONDS);
    }
}
四、主类的编写

测试：
1.String [] directions使用了字符串数组，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。
代码和注释如下：

public class MainClass {
    public static void main(String[] args) {
        String [] directions = new String[]{
                //在这里选中，用Edit->Find/Replace替换，整体的修改
                "S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"
        };
        for(int i=0;i
            new Road(directions[i]);
        }
        new LampController();
    }
}