黑马程序员------交通灯管理系统

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。牢牢掌握以下几个典型的案例：

人在黑板上画圆：圆提供画圆的方法；

列车司机紧急刹车：车提供刹车的方法；

售货员统计收获小票的金额：小票提供统计金额的方法，售货员调用小票的该方法；

你把门关上了：门提供关门的方法；

路上有很多汽车：汽车减少和增加的方法是路提供的；

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)

Material=StoneKnife.cut(tree)

Chair=ChairFactory.makeChair(material)

球从一根绳子的一段移动到了另一端：

class Rope

{

       private Point start;

       private Point end;

       public Rope(Point start,Point end)

       {

              this.start=start;

              this.end=end;

       }

       public Point nextPoint(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，

这个细节不属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,Point startPoint)

       {

              this.rope=rope;

              this.currentPoint=startPoint;

       }

       public void move()

       {

              currentPoint=rope.nextPoint(currentPoint);

              System.out.println("小球移动到了"+currentPoint);

       }

}

一、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。

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。

5.        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）。

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方式展现程序运行结果。

二、首先画图(引用了张孝祥老师画的图)

三、面向对象的分析与设计

1.        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。

2.        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。

四、代码实现

1.        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。

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。

2.        Lamp类的编写

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。

3.        LampController类的编写

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。

4.        MainClass类的编写

1)        用for循环创建出代表12条路线的对象。

2)        接着再获得LampController对象并调用其start方法。

五、具体代码

1.        Road类的编写

package com.isoftstone.interview.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;

/**

* 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。

* 每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存。

* 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。

*

*/

public class Road {

       private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();

      

       private String name =null;

       public Road(String name){

              this.name = name;

             

              //模拟车辆不断随机上路的过程        

              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);

                                   } 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，是则放行一辆车       

              ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);

              timer.scheduleAtFixedRate(

                            new Runnable(){

                                   public void run(){

                                          if(vechicles.size()>0){

                                                 boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();

                                                 if(lighted){

                                                        System.out.println(vechicles.remove(0) + " is traversing !");

                                                 }

                                          }

                                         

                                   }

                            },

                            1,

                            1,

                            TimeUnit.SECONDS); 

       }

}

2.        Lamp类的编写

package com.isoftstone.interview.traffic;

/**

* 每个Lamp元素代表一个方向上的灯，总共有12个方向，所有总共有12个Lamp元素。

* 有如下一些方向上的灯,每两个形成一组，一组灯同时变绿或变红，所以，

* 程序代码只需要控制每组灯中的一个灯即可：

* s2n,n2s   

* s2w,n2e

* e2w,w2e

* e2s,w2n

* s2e,n2w

* e2n,w2s

* 上面最后两行的灯是虚拟的，由于从南向东和从西向北、以及它们的对应方向不受红绿灯的控制，

* 所以，可以假想它们总是绿灯。

*

*/

/**/

public enum Lamp {

       /*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 lighted){

              this.opposite = opposite;

              this.next = next;

              this.lighted = lighted;

       }

       /*当前灯是否为绿*/

       private boolean lighted;

       /*与当前灯同时为绿的对应方向*/    

       private String opposite;

       /*当前灯变红时下一个变绿的灯*/    

       private String next;

       public boolean isLighted(){

              return lighted;

       }

      

       /**

        * 某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿

        */ 

       public void light(){

              this.lighted = true;

              if(opposite != null){

                     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！");

             

       }

      

       /**

        * 某个灯变红时，对应方向的灯也要变红，并且下一个方向的灯要变绿

        * @return 下一个要变绿的灯

        */ 

       public Lamp blackOut(){

              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);                   

                     nextLamp.light();

              }

              return nextLamp;

       }

}

3.        LampController类的编写

package com.isoftstone.interview.traffic;

import java.util.concurrent.Executors;

import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class LampController {

       private Lamp currentLamp;

      

       public LampController(){

              //刚开始让由南向北的灯变绿;           

              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*/          

              ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);

              timer.scheduleAtFixedRate(

                            new Runnable(){

                                   public  void run(){

                                          System.out.println("来啊");

                                          currentLamp = currentLamp.blackOut();

                            }

                            },

                            10,

                            10,

                            TimeUnit.SECONDS);

       }

}

4.        MainClass类的编写

package com.isoftstone.interview.traffic;

public class MainClass {

       /**

        * @param args

        */

       public static void main(String[] args) {

             

              /*产生12个方向的路线*/           

              String [] directions = new String[]{

                            "S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"             

              };

              for(int i=0;i<directions.length;i++){

                     new Road(directions[i]);

              }

             

              /*产生整个交通灯系统*/             

              new LampController();

       }

}