交通灯管理系统

模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体如下：

       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

1、 信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。

2、 应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。

3、 具体信号灯控制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。

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。

6、 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。

首先要了解实际交通中车辆走到十字路口，从任一个方向过来，这辆车只有三种选择

向前，向左，和向右。所以任意一辆车四个路口就一共有12条路线。总共12条线路，可以假设每条线路都有一个红绿灯对其进行控制，右转弯的四条路线的控制灯可以假设称为常绿状态，另外，其他的8条线路是俩俩成对的，可以归纳为4组，所以，程序只需要考虑4条路线的控制的切换顺序，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，不必考虑。

面向对象的设计：一条重要的经验，谁拥有数据，谁就对外提供操作这些数据的方法。

例题：球从一根绳子的一端移动到另一端。

首先移动应该是小球的一个方法，而移动到哪里是由绳子决定的。所以应将移动设计为小球的方法，然后将绳子的实例传给小球，绳子中应该有一个检测下一点的位置的方法。示例如下：

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当前点的下一个点，*/
}
}
class Ball
{
private Rope rope;
peivate Point currentPoint;
public Ball(Rope rope,startPoint)
{
this.rope = rope;
this.currentPoint = startPoint;
}
public void move()
{
currentPoint = rope.nextPoint(currentPoint);
System.out.println("小球移动到了"+currentPoint)；

}
}

每条路线都会出现多辆车，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。

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）和不亮（红），每个交通灯要有变量和不亮的方法，并且能返回自己的亮和不亮的状态。

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。

3、 除了右拐弯方向的其他8条路线的灯，它们是俩俩成对的，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。

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。

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。
 * @author 张孝祥 www.it315.org
 *
 */
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);

}
}

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。

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;
}
}

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。

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);
}
}

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。

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();
}