交通灯管理系统

 

模拟实现十字路口交通灯管理系统逻辑：

1.      异步随机生成按照各个路线行驶的车辆

例如：由南向北的车辆-------------直行车辆

由西往南的车辆--------------------右转车辆

由东往南的车辆--------------------左转车辆

 2.      信号灯：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的控制

4.具体信号灯控制逻辑与现实生活中的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方行，同方向等待车辆应该先放行直行车辆而后放行左转车辆

4.      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）

5.      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

 

 

 （上图由第22届javaEE+Android技术交流区黑友赵晓东同学绘制分享在此借鉴）

 

 

图分析：总共12条路线，为了统一编程模型，可以假设每条路线都有对应的红绿灯对其控制，右转弯的4条路线的控制灯假设为常绿状态，另外其他的8条路线是两两成对的，可以分为4组，所以，程序组只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四个路线切换，不必额外考虑

 

LampController类的编写：

1． 整个系统中只有一个交通灯管理系统，所以，LampController类最好设计成单利

2． LampController构造方法中要设定第一个为绿的灯

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秒钟将当前灯变红和将下一个灯变绿

 

面向对象的分析和设计：

（一）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。
  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。

（二）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。

 

 

 

代码如下：

（一）Road类
  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。
  2.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。

 

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;/** *  * 路线类:定时器控制(让线程睡眠)集合每隔一段时间产生一辆车，当灯是绿的时候删除一辆车（表示该车已经通过） * */public class Road {private List<String> vechicles=new ArrayList<String>();  //创建“车”的集合 ,车由String对象表示private String name;  //路线的名字/** *  * 路线名字的构造方法，并在1到10秒之间产生一辆车 */public Road(String name){this.name=name;    ExecutorService pool=Executors.newSingleThreadExecutor();     //产生一个线程池           pool.execute(  new Runnable(){    //线程池中空闲的线程去执行public void run() {for(int i=0;i<1000;i++){    //产生路线上的车：想车的集合中添加车名try {Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}  vechicles.add(Road.this.name+"_"+i);    //访问外部类的成员变量：类名.this.变量名}}        });        ScheduledExecutorService timer=Executors.newScheduledThreadPool(1);  //创建一个定时器    timer.scheduleAtFixedRate(    new Runnable(){     //定时器控制的方法public void run() {  if(vechicles.size()>0){   //当路上有车的时候    boolean lighted=Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();        //当绿灯亮的时候  if(lighted){System.out.println(vechicles.remove(0)+"      this traversing!");    }  }}},     1,         //过1秒之后执行Runnable（）方法    1,         //Runnable（）方法执行后在过1秒之后接着执行Runnable（）方法    TimeUnit.SECONDS);   //什么时间单位：秒}}

 （二）Lamp类
  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。

public enum Lamp {S2N("N2S","S2E",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),    //12个灯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 boolean lighted;    //灯是否是亮的public boolean isLighted(){    return lighted;}private String opposite;    //对应的灯的名字private String next;        //下一个灯private Lamp(String opposite ,String next,boolean lighted){  this.opposite=opposite;this.next=next;    this.lighted=lighted;}public void light(){      //灯是绿 灯this.lighted=true;if(opposite!=null){    //如果有对应的灯，那么对应的灯亮Lamp.valueOf(opposite).light();   //调用枚举valueOf（元素名）方法，通过枚举内对象的名字找到枚举对象//opposite.light();}System.out.println(name()+"灯是绿灯，下面总共有六个方向能看到汽车穿过");}public Lamp blackOut(){   //灯不是绿灯this.lighted=false;        if(opposite!=null){   //如果有对应的灯，对应的灯不亮Lamp.valueOf(opposite).blackOut();       }                           Lamp nextLamp=null;          //如果有下一个灯，就让下一个灯亮           if(next!=null){           nextLamp=Lamp.valueOf(next);           System.out.println("绿灯从"+name()+"-----切换成------->"+next);           nextLamp.light();                                 }           return nextLamp;                      }}

 

（三）LampController类
  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。
  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变绿。

 

import java.util.concurrent.Executor;import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;import java.util.concurrent.TimeUnit;/** *  * 灯的控制器 * */public class LampController {private   Lamp   currentLamp;  //当前灯public LampController(){currentLamp=Lamp.N2S;   //当前的灯是北往南的灯currentLamp.light();   //灯是亮的ScheduledExecutorService   timer=Executors.newScheduledThreadPool(1);  //创建定时器timer.scheduleAtFixedRate(     //设定定时器new Runnable(){public void run(){currentLamp=currentLamp.blackOut();}}, 2, 2, TimeUnit.SECONDS);}}

 

（四）MainClass类
  1.用for循环创建出代表12条路线的对象。
  2.接着创建出LampController对象。

public class MainClass {/** *测试类 */public static void main(String[] args) {String [] directions=new String[]{        //创建路线的集合：确定路线"S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"};for(int i=0;i<directions.length;i++){    //在这个路线下不断的产生车new Road(directions[i]);}new LampController();   //创建控制器让一个灯开始亮，对应的路线开始产生车}}