黑马程序员-----交通灯管理系统总结*

---------------------- ASP.Net+Android+IOS开发、.Net培训、期待与您交流！ ----------------------

做项目前的准备工作：

1、对于复杂的需求如果想不明白最好的办法就是画图分析

2、如何成为一个面向对象设计的高手，记住一句话：谁拥有数据，谁就对外提供操作数据的方法

 

面向对象的分析与设计

       对象：红绿灯，红绿灯的控制系统，汽车，路线。

              1、汽车看到自己所在路线对应的灯绿了就穿过路口吗？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。

              2、这里并不要体现车辆移动的过程，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。

 

 

 

题目分析：

信号灯，

1、不考虑黄灯，只考虑红灯和绿灯

2、车辆右转不受灯的影响

车辆，

1、分为直行和左转

2、灯为绿时，先放行直行的车辆，然后再放行左转的车辆

3、每辆车通过路口的时间设定

4、车不是一到等变绿就运行的，还要判断前面是否为其他的车

5、路上的车是不断的增加和减少的

路线，

1、路上才有车，所以路应该设计成一个对象

2、共有12条路线，这里为了方便分析，只着重四条线

3、方向相对的线路同方向行驶时可以同时放行

共有12条线路：分别定为S（南）、N（北）、E（东）、W（西）

S2N：表示从南到北的线路；N2S：表示从北到南的线路

S2W：表示从南向西的线路；W2S：表示从西向南的线路

1、从S方向出发的车：S2W和S2N这两个方向的线路 ---- 要求是先放行直行再放行左转，所以这里面是S2N先放行，S2W后放行

2、从E方向出发的车：E2W和E2S这两个方向的线路 ---- 要求是先放行直行再放行左转，所以这里面是E2W先放行，E2S后放行

通过java.util.concurrent.ExecutorService类的静态方法newSingleThreadExecutor产生线程池的方法，创建一个线程池，这个方法产生的线程池中仅仅含有一个线程。 

通过线程池(ExecutorService类的实例)的execute方法来执行Runnable实现子类实例中run方法的内容。----- execute方法相当于原来的线程实例的start方法

交通灯控制器类设计成单例模式

线程池:
线程池是一种多线程处理形式，处理过程中将任务添加到队列，然后在创建线程后自动启动这些任务。线程池线程都是后台线程。每个线程都使用默认的堆栈大小，以默认的优先级运行，并处于多线程单元中。
说白了就是找了一个专门的存储空间来存储线程,而这个存储空间就叫线程池,他也是一个类,是一个容器类,和集合不同的是他只存储线程,然而通过我上网连接,好像线程池所拥有的线程数量是固定的,如果要运行的线程多出了线程池的最大数量,那么会进行排队.

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：
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
       。。。

信号灯忽略黄灯，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。
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。

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。
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。

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。
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，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。
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。
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。

与程序相关的技术：

1、接口 ExecutorService
继承于 Executor， Executor 提供了管理终止的方法，以及可为跟踪一个或多个异步任务执行状况而生成 Future 的方法。

2、接口 ScheduledExecutorService

schedule 方法使用各种延迟创建任务，并返回一个可用于取消或检查执行的任务对象。scheduleAtFixedRate 和scheduleWithFixedDelay 方法创建并执行某些在取消前一直定期运行的任务。

3、枚举 TimeUnit
java.util.concurrent

TimeUnit 表示给定单元粒度的时间段，它提供在这些单元中进行跨单元转换和执行计时及延迟操作的实用工具方法。TimeUnit 不维护时间信息，但是有助于组织和使用可能跨各种上下文单独维护的时间表示形式。毫微秒定义为千分之一微秒，微秒为千分之一毫秒，毫秒为千分之一秒，一分钟为六十秒，一小时为六十分钟，一天为二十四小时。
TimeUnit 主要用于通知基于时间的方法如何解释给定的计时参数。例如，如果 lock 不可用，则以下代码将在 50 毫秒后超时：

TimeUnit的常量: 
DAYS 天
HOURS 小时
MINUTES 分
SECONDS 秒
MILLISECONDS  毫秒
NANOSECONDS 十亿分之一秒
MICROSECONDS 一百万分之一秒，微秒

4、方法 newScheduledThreadPool()
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
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。
参数：corePoolSize - 池中所保存的线程数，即使线程是空闲的也包括在内。 
返回：新创建的安排线程池

5、方法 newSingleThreadExecutor()
public static ExecutorService 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。（注意，如果因为在关闭前的执行期间出现失败而终止了此单个线程，那么如果需要，一个新线程将代替它执行后续的任务）。可保证顺序地执行各个任务，并且在任意给定的时间不会有多个线程是活动的。与其他等效的 newFixedThreadPool(1) 不同，可保证无需重新配置此方法所返回的执行程序即可使用其他的线程。
返回：新创建的单线程 Executor

6、方法 execute()
public void execute(Runnable command)
使用所要求的零延迟执行命令。这在效果上等同于调用 schedule(command, 0, anyUnit)。注意，对由 shutdownNow 所返回的队列和列表的检查将访问零延迟的 ScheduledFuture，而不是 command 本身。
覆盖：类 ThreadPoolExecutor 中的 execute
参数：command - 要执行的任务。

7、方法 scheduleAtFixedRate()
ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit unit)
创建并执行一个在给定初始延迟后首次启用的定期操作，后续操作具有给定的周期；也就是将在 initialDelay 后开始执行，然后在 initialDelay+period 后执行，接着在 initialDelay + 2 * period 后执行，依此类推。
参数：
command - 要执行的任务
initialDelay - 首次执行的延迟时间
period - 连续执行之间的周期
unit - initialDelay 和 period 参数的时间单位 
返回：表示挂起任务完成的 ScheduledFuture，并且其 get()方法在取消后将抛出异常

Road类的编写

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。
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）。
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

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 {//创建一个车辆集合private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();//定义路线名称private String name =null;//Road类的构造方法,接收路线名public Road(String name){this.name = name;//在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。//创建线程池，使用单个worker线程的Executor，以无界队列方式来运行该线程。ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();//新建一个Runnable的实现类的对象，在未来某个时间执行给定的命令。pool.execute(new Runnable(){public void run(){for(int i=1;i<1000;i++){//让线程休眠指定的时间，用一个随机数表示的秒数try{Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}//用路线名加上变量i作为车辆的名称，存入车辆集合中。//访问的是外部类的成员变量name（访问规则：外部类名.this.变量名）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(就是从集合中删除)//创建线程池timer,在指定的时间后首次执行然后过多少时间后又执行的有周期的操作。ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable(){public void run(){if(vechicles.size()>0){//检查灯的状态，如果绿灯,从车辆集合中删除第一辆，表示车开走了boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();if(lighted){System.out.println(vechicles.remove(0) + " 驶过路口！");}}}},//要执行的任务1, //首次执行的延迟时间1, //连续执行之间的周期时间TimeUnit.SECONDS//时间的单位：秒);}}

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3、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：

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，车辆可直接通过S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true);//成员变量和构造方法private String opposite;//与当前灯同时为绿的对应方向private String next;//当前灯变红时下一个变绿的灯private boolean lighted;//当前灯是否为绿public boolean isLighted(){ return lighted; //判断灯的状态，变亮表示绿灯，变黑表示红灯}/** * 定义灯的带参数的构造方法 * @param opposite 与当前灯同时为绿的对应方向 * @param next 当前灯变红时下一个变绿的灯 * @param lighted 当前灯是否为绿灯 */private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){this.opposite = opposite;this.next = next;this.lighted = lighted;}/** * 将当前灯变为绿灯，同时把它对应方向的灯也要变绿灯 */public void light(){this.lighted = true;if(opposite != null){Lamp.valueOf(opposite).light();}System.out.println(name() + " 绿灯亮了，下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过！");}/** * 将当前灯和对应方向的灯变成红灯，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;class LampController {//当前的灯private Lamp currentLamp;//构造方法public LampController(){//刚开始控制由南向北的灯是绿灯;currentLamp = Lamp.S2N;currentLamp.light();//创建线程池。1表示只有1个线程ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);//创建定时器：每隔10秒将当前绿灯变为红灯，并让下一个方向的灯变绿//scheduleAtFixedRate(要执行的任务,首次执行延迟时间,执行周期时间,时间的单位)timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable(){//把当前灯变黑。也就是变为红灯public void run(){currentLamp = currentLamp.blackOut();}},//1、要执行的任务10,//2、首次执行的延迟时间:1010,//3、连续执行之间的周期时间：10TimeUnit.SECONDS//4、时间的单位：秒);}}

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。

class MainClass {public static void main(String[] args) {//定义一个字符数组，用来表示很多路线的数组String[] directions = new String[]{"S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"};//产生12个方向的路线for(int i=0;i<directions.length;i++){new Road(directions[i]);}//产生整个交通灯系统new LampController();}}

 

 

 

 

 

 

 

---------------------- ASP.Net+Android+IOS开发、.Net培训、期待与您交流！ ----------------------详细请查看：http://edu.csdn.net