交通灯管理系统

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交通灯管理系统：

需求：

    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，每辆车辆通过路口时间为1秒（提示：可通过线程sleep的方式模拟）。

    6，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。

    7，不要求实现GUI，只考虑系统逻辑实现，可通过Log方式展现运行结果。

 

面向对象的分析与设计：

    1，为了较好地理解和分析问题，画出一条交通路况信息模拟图：

总共有12条路线，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条线路是两两成对的，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。

它所涉及到的对象：红绿灯、红绿灯控制系统、汽车和路线。

注意：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。

    3，对路线和车两个对象的分析：
          一、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。

这里要考虑的问题：

    汽车看到自己所在的路线对应的绿灯亮了就穿过马路吗？不是，他还需要看前面是否还有车，看前面是否有车应该问路这个对象，因为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。在题目中我们不是要体现车辆移动的过程，而是捕捉车辆穿过路口的过程，也就是说捕捉路上减少一辆车的过程，所以这个车辆就不需要设计成一个对象了，车辆用一个字符串表示就可以了。

        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。

     

    4，类的编码实现：

            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。
              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。

 代码如下：

package com.isoftstone.traffic;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 {//面向接口编程//我们不是要体现车辆移动的过程，而是捕捉车辆穿过路口的过程，也就是说捕捉路上减少一辆车的过程，//所以这个车辆就不需要设计成一个对象了，车辆用一个字符串表示就可以了。private List<String> vehicles = new ArrayList<String>();private String name = null ;//定义每一条路线的名字，总共12条路线//public Road(final String name){//这里name是外部类局部变量，为了内部类的局部变量可以使用这个name，要把它finalpublic Road(String name){this.name = name ;ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();//  创建一个使用单个 worker 线程的 Executor，以无界队列方式来运行该线程。pool.execute(new Runnable(){//使用线程public void run() {for(int i=1;i<=1000;i++){//产生1000辆车try {Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);//没一到十秒之内产生一辆车} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}vehicles.add(Road.this.name+"_"+i);//因为外部类的name没加final，所以可以直接通过外部类名.内部类名.变量 访问name}}});//创建一个定时器ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);//创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。//这里是1秒后执行命令。timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable(){public void run() {if(vehicles.size()>0){//判断该路线的路上是否有车//boolean lighted = true ;//初始化该路线的路上是绿灯boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();if(lighted){//如果是绿灯，则将第一个车开走，也就是将集合中第一个元素取走，它的返回值就是取走的那个元素System.out.println(vehicles.remove(0)+"   is traversing !");}}}}, 1, //延时1秒执行命令1,//每隔1秒再执行一次命令TimeUnit.SECONDS);//单位：秒 ，毫秒，还是分钟或者小时}}

     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。

代码如下：

package com.isoftstone.traffic;public enum Lamp {//定义12条路线//S2N("N2S"),S2W,E2W,E2S,//这里有参的枚举中参数如果为不加引号的N2S，在下面调用时会出错，因为N2S是在后面出现的，这里还没有，如果//把N2S放在前面一样会出现问题，所以将N2S变成字符串传进去/*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);private Lamp(String opposite,String next,boolean light){this.opposite = opposite;this.next = next ;}private boolean lighted ;//定义一个灯的是红灯还是绿灯private String opposite ;//定义对应的灯private String next ;//定义下一个灯public boolean isLighted(){return lighted ;}public void light(){//定义绿灯亮的方法this.lighted = true ;if(opposite != null){//如果不判断会出现死循环，因为a灯的对应b灯，a灯亮了，b灯就要亮。b灯亮了，a灯也要亮//解决办法，如果a灯对应的是b灯，那么b灯就没有对应的灯。Lamp.valueOf(opposite).light();//通过枚举的静态方法，将名字给静态方法可以返回该名字对应的枚举对象}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！");//这句代码用作测试用}public Lamp blackOut(){//定义红灯亮的方法this.lighted = false ;if(opposite != null){Lamp.valueOf(opposite).blackOut();}Lamp nextLamp = null ;if(next != null){nextLamp = Lamp.valueOf(next);System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next);//这句代码用作测试用nextLamp.light();}return nextLamp ;}}

 

    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。

代码如下：

package com.isoftstone.traffic;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;import java.util.concurrent.TimeUnit;public class LampController {private Lamp currentLamp ;//定义一个当前的灯public LampController(){currentLamp = Lamp.S2N;//初始化当前的灯为S2N，由南到北的currentLamp.light();//初始化当前灯是绿灯//定义一个定时器用于过多长时间灯由红变成绿ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable(){public void run() {currentLamp = currentLamp.blackOut();}}, 10, 10, TimeUnit.SECONDS);//10秒之后每隔10秒执行一次命令}}

    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。
代码如下：

package com.isoftstone.traffic;public class MainClass {/** * @param args */public static void main(String[] args) {// TODO Auto-generated method stubString [] directions = {"S2N","S2W","E2W","E2S", "N2S","N2E","W2E","W2N", "S2E","E2N","N2W","W2S"};for(int i=0;i<directions.length;i++){new Road(directions[i]);//创建12条路线}new LampController();}}

 

 

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