【交通信号管理系统】(需求,分析,思路,完整代码)

交通灯管理系统的项目需求

模拟实现十字路口的交通灯管理系统罗技，具体需求如下：

         异步随即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

 

信号灯忽略黄得功，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）

         随即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，只考虑系统罗技实现，可通过log方式展现程序运行结果

         由上图可知，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条路线是两两成对，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。

总结:在做项目是一定不要空想，一定要先把草图画出来，这样更利于思考解决问题。把一个复杂的问题，分解后各个击破：

1.      直行南-->北    北-->南  是一条线路

2.      左转南-->西    北-->东  是一条路线

3.      直行东-->西    西-->东  是一条线路

4.      左转东-->南    西-->北  是一条路线

 

我们初步设想一下有哪些对象：红绿灯，红绿灯的控制系统，汽车，路线。汽车看到己所在路线对应的等绿了就穿过路口吗？不是，还需要看其前面是否有车。看前面是否有车，该问那个对象呢？该问路，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，我们这里并不要天线车辆移动的过程，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。

五幅图了解交通信号灯的全过程

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

面相对象设计把我一个重要的经验：

谁拥有数据，谁就对外提供操作这些数据的方法

写交通信号灯前，温习面对对象的几个典型案例：

1.人在黑板上画圆，问这是哪个对象上的方法?

         对象：人(person),黑板(blackboard),圆(circle)

         方法：画圆时需要圆心，半径，调用的是谁内部的数据，就是调用谁的方法，明显是圆的方法

        

2.列车司机紧急刹车

         对象：人，列车

         方法：刹车时调用的是列车的内部系统，所以列车就是方法

 

3. 售票员统计售票的总金额

         对象：售票员，票

         方法：调用的是票上的金额累加，所以票就是方法

 

4.你把门关上了

对象：人，门

方法：调用的是门，所以门就是方法

 

两个面对对象的试题，用面对对象的方式设计如下情景：

1.   两块石头磨成一把石刀，石刀可以砍树，砍成木材，木材做成椅子。

StoneKnife =KnifeFactory.createKnife(Stone first,Stone second)  // 用两块石头做成石刀

//因为是“两块”石头变成“一把”石刀，KnifeFactory.crateKnife()方法接受的参数应该是两块石头，

//所以，crateKnife()方法的完整定义形式应该为：createKnife(Stonefirst,Stone second)

Stone

         material=StoneKnife.cut(tree);  //用刀砍树，得到木材

         Tree   

         chair=chairFactory.makeChair(materia)  //用木材做成椅子

         Material//木材

         chair//椅子

 

 

2.      球从一根绳子的一段移动到另一端。

 Class Rope{         Private Point start;         Private Point end;         Public Rope(Point start,Point end){                   This.start =start;                   This.end = end;}} Public PointnextPoint(Point currentPoint){ /*通过两点一线的数学公式可以计算出当前点的下一个点，这个细节不输于设计阶段要考虑的问题，如果当前点是终止点，则返回null，如果当前点不是线上的点，则抛出异常.*/ Class Ball{         Private Rope rope;         Private Point currentPoint;         Public Ball(Rope rope,startPoint){                   This.rope = rope;                   This.currentPoint =startPoint;} Public void move{         currentPoint =rope.nextPoint(currentPoint);         System.out.print(“小球移动到了”+currentPoint)；}}

 

面相对象的分析与设计（交通信号灯的总体思路）：

每条路线上都会出现多辆车，路线上要随即增加新的车，在绿灯期间还要每秒钟减少一辆车。

         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。

         每条路线上随即增加新的车辆，增加到一个集合中保存。

         每条路线每个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。

 

每条路线每个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。

         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。

         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，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灯，只是这些灯为常亮状态，即永远不变黑。

         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个灯一次轮换变量，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，都伴随着下一个灯变亮。Lamp类中还用一个变量来记住自己的下一个灯。

         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。

         设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。

一、设计编写Road类 -->模拟汽车上路

思路：
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。

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。

package com.isoftstone.interview;import java.util.*;import java.util.concurrent.*;public class Road {     //创建一个集合存储车辆List<String> vehicles = new ArrayList<String>();private String name = null;public  Road(String name) {this.name = name;       /**        * 定义一个线程，在vehicles集合中增加车辆        */ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();pool.execute(new Runnable() {public void run() {for (int i = 1; i <=1000; i++) {try {Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);vehicles.add(Road.this.name + "_" + i);// 内部类访问外部类的成员变量的方法是：外部类名.this.外部内的成员变量} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} }}});// 定义一个定时器，将vehicles集合中的第一辆车移出ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {public void run() {if (vehicles.size() > 0) {boolean ligntGreen =Lamp.valueOf(Road.this.name).isLignted();if (ligntGreen) {System.out.println(vehicles.remove(0)+"_"+"is travering");}}}}, 1, 1, TimeUnit.SECONDS);}}

二、设计编写Lamp类-->模拟信号灯

思路：

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对象中的开关状态用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。

package com.isoftstone.interview;/** * 每一个Lamp元素，代表一个方向上的灯，总共有12个方向，所以有12个Lamp元素 * */public enum Lamp {//每个枚举元素代表灯控制的一个方向S2N("N2S","S2W",true), S2W("N2E","E2W",true), E2W("WSE","E2S",true), E2S("W2N","N2S",true), //与上面4个元素相反方向的灯N2S(null,null,false), N2E(null,null,false), WSE(null,null,false), W2N(null,null,false), //右转弯的4个控制灯为常绿状态S2E(null,null,true), E2N(null,null,true), N2W(null,null,true), W2S(null,null,true);private boolean lighted = true;private String opposite;private String next;    /**     * 枚举的构造方法必须是私有的     * @param opposite     * @param next     * @param lignted     */private Lamp(String opposite,String next,boolean lignted) {this.opposite = opposite;this.next=next;this.lighted=lignted;}    public  boolean isLignted() {return lighted;}//灯变绿的方法public  void light() {this.lighted = true;//相反方向的灯若存在则灯变绿肥if (opposite != null){Lamp.valueOf(opposite).light();}System.out.println(name()+"is green"+"下面有6个方向有车要经过");}//灯变红的方法public  Lamp black(){this.lighted=false;//相反方向的灯若存在将灯变红if (opposite != null)Lamp.valueOf(opposite).black();    Lamp  nextLamp=null;if(next!=null){System.out.println("绿灯从"+name()+"------->切换为"+next+"方向");nextLamp=Lamp.valueOf(next);nextLamp.light();}return nextLamp;}}

三、设计编写LampController类-->模拟信号灯的控制器

思路：

1. 在控制器的构造方法中初始化灯的方向

2. 定义一个定时器，当满足定时器设置的时间，变换灯的方向

 

//灯的控制器public class LampController {private Lamp currentLamp;//构造方法public LampController() {currentLamp = Lamp.S2N;//当前灯为由南向北方向的currentLamp.light();//当前灯亮//定时器，只开启一个线程ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);//每隔15秒钟，让当前的灯熄灭timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {public void run() {//当前的灯熄灭,并把下一盏变绿的灯复制给当前灯currentLamp = currentLamp.blackOut();}}, 15, //15秒钟15, TimeUnit.SECONDS);}}

四、设计编写MainClass类-->模拟信号灯运行

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。

 

public class MainClass {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条线路for(int i = 0; i < directions.length; i++) {new Road(directions[i]);}new LampController();}}