交通灯管理系统

来源：互联网发布：知乎解析包出现问题编辑：程序博客网时间：2024/06/05 16:27

一、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：

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。

6、说明：

这里要实现的是模拟十字路口的交通灯管理系统逻辑，是对交通灯的控制，而不是模拟汽车的移动过程。所以不用将车作为主体对象，再单独产生一个类。只需要将车和路绑定在一起即可。

二、需求分析：

一）、图解分析：

简述：

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。

二）、面向对象的分析与设计：

涉及到的对象：红绿灯、红绿灯控制系统、汽车和路线。

1、对路线和车两个对象的分析：

路拥有车辆这个数据，路本身知道自己身上有几辆车，所以，路作为一个集合，有增加和删除对象（车）的方法，这样就可以将车和路线绑定在一起。

1）设计一个Road类表示路线，有12条路线，就产生12个Road对象。|

2）路里面有一个集合，可以随机增加新的车辆存入集合中，这个集合可以定时的删除车辆。

3）每条路线每隔一秒都会对控制本路线的灯是否为绿，绿灯状态就会将车存入集合；并每隔一秒移除第一辆车，表示车辆穿过路口。

2、对红绿灯和红绿灯控制系统两个对象的分析：

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）对应12条路线要产生12个交通灯。右拐弯的路线可不受灯的控制，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且为常亮状态，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。

三、程序的编写：

一）Road类的编写：

分析：

1、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中。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、路要以灯为标准，判断是否灯是亮的，在灯亮的时间内，才能让车行驶，即移除路面上的第一辆车。

4、移除车辆的操作，要用到定时器，并每隔一秒检查该方向上灯是否为绿，是则在相应的时间内移除第一辆车，使用scheduleAtFixedRate方法。

代码实现：

package com.interview.test;  
  
import java.util.List;  
import java.util.ArrayList;  
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 {  
    //定义一个集合，用于存储车辆和移除车辆  
    private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();  
    //依据路名产生车名  
    private String name = null;  
    public Road(String name){  
        this.name = name;  
          
        //模拟车辆不断随机上路的过程  
        //使用线程池，通过产生单个线程的方法，创建一个线程池  
        ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();  
        //调用execute方法，可向线程池提交一个任务，让池中的线程执行任务  
        pool.execute(new Runnable(){  
            //执行的任务，随机产生车，并加入集合  
            public void run() {  
                for(int i=1;i<1000;i++){  
                    try {  
                        //每个10秒随机产生一辆车  
                        Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);  
                    } catch (InterruptedException e) {  
                        e.printStackTrace();  
                    }  
                    vechicles.add(Road.this.name + "_" + i);  
                }  
            }  
        });  
          
        //每隔一秒检查对应的灯是否为绿，是则放行  
        //产生一个单线程，创建定时器  
        ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);  
        timer.scheduleAtFixedRate(  
                //执行具体的任务  
                new Runnable(){  
                    public void run(){  
                        //判断路上是否有车，有则进行相应的操作  
                        if(vechicles.size()>0){  
                            //每隔1秒让车通行，通行前要先判断灯是否亮，亮了才能通行，即从集合中移除  
                            boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();  
                            if(lighted)  
                                System.out.println(vechicles.remove(0) + " is traversing !");  
                        }  
                    }  
                },  
                1,  
                1,  
                TimeUnit.SECONDS  
                );  
    }  
      
}  
 

二）Lamp类的编写：

分析：

1、总共有12条路线，有12个方向，就需要定义12灯，用枚举类创建灯对象

2、12个灯分别如代码中所示

3、12个灯中，有四个右转的等可设为常亮状态，即S2E,E2N,N2W,W2S

4、对于剩下的灯，可分为4组，每组的两个灯是对应的，这里设置当前灯和对应灯，

5、对应的两个灯是同时亮的，而与其垂直方向的灯则不能亮。如南北方向灯亮，东西方向则不亮

6、当前灯亮时，就要设置对应灯为亮，并设置垂直方向灯为不亮

代码实现：

package com.interview.test;  

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);  
      
    //定义当前灯对应方向的灯，同亮  
    private String oppsiteLampName;  
    //定义当前灯的下一个灯，当前灯亮，下个灯不亮  
    private String nextLampName;  
    //标记当前灯是否为绿灯（亮）  
    private boolean lighted;  
    //灯的判断是否亮的方法  
    public boolean isLighted(){  
        return lighted;  
    }  
      
    //构造方法，初始化对象  
    private Lamp(String oppsiteLampName,String nextLampName,boolean lighted){  
        this.oppsiteLampName = oppsiteLampName;  
        this.nextLampName = nextLampName;  
        this.lighted = lighted;  
    }  
    //当前灯变绿时，对应的灯也绿了  
    public void light(){  
        this.lighted = true;  
        //当前灯变绿了，让对应的灯也变绿  
        if(oppsiteLampName!=null)  
            Lamp.valueOf(oppsiteLampName).light();  
        //调试用  
        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！");  
    }  
      
    //当前灯变红了，对应灯也要变红，并启动下个灯变绿  
    public Lamp blackOut(){  
        this.lighted = false;  
        if(oppsiteLampName!=null)  
            Lamp.valueOf(oppsiteLampName).blackOut();  
        Lamp nextLamp = null;  
        if(nextLampName!=null){  
            nextLamp = Lamp.valueOf(nextLampName);  
            //调试用  
            System.out.println("绿灯从" + name() +"切换为" + nextLampName);  
            nextLamp.light();  
        }  
        return nextLamp;  
          
    }  
}  

三）LampContriller类的编写：

分析：交通灯控制器

1、最开始有个当前灯作为第一个灯运行

2、在构造方法中，

要指定当前灯为绿状态，以S2N作为第一个

创建一个定时器，每隔十秒，让当前灯变红，让下一个方向（垂直方向）的灯变绿

代码实现：

package com.interview.test; 
import java.util.concurrent.Executors;  
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;  
import java.util.concurrent.TimeUnit;  
    
  
public class LampController {  
    //定义当前灯  
    private Lamp currentLamp;  
      
    //构造函数，指定当前灯并让其为绿  
     public LampController(){  
         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  
         //创建定时器  
         ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);  
         //通过定时器的方法，创建线程  
         timer.scheduleAtFixedRate(  
                 new Runnable() {  
                    public void run() {  
                        //让当前灯变红，并返回下一个灯  
                        System.out.println("coming...");  
                        currentLamp = currentLamp.blackOut();  
                    }  
                },  
                10,  
                10,  
                TimeUnit.SECONDS);  
     }  
}  
 

四）主类的编写

测试：

1、创建12条路线，即12个对象

2、运行交通灯控制器系统LampController

代码实现：

package com.interview.test;  
public class TraffTest {  
      
    public static void main(String[] args) {  
        //将12个方向上的路线存入一个数组  
        String[] directions = new String[]{  
                "S2N","S2W","E2W","E2S",  
                "N2S","N2E","W2E","W2N",  
                "S2E","E2N","N2W","W2S"   
        };  
        //通过循环创建12个对象，即12条路线  
        for(int i=0;i<directions.length;i++){  
            new Road(directions[i]);  
        }  
        //产生整个交通灯系统  
        new LampController();  
    }  
}  
  