十七.交通灯管理系统

交通灯管理系统

一、具体需求

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.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：南北方向车辆与东西方向车辆交替放行，同方向等待车辆应先放行直行车辆后放行左转车辆。

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方式展示程序运行结果。

二、需求分析

1.通过画图再现现实中十字路口的情景：

总共有12条路线，我们可以假设每条路线都有一个红绿灯对其进行控制，为了统一编程模型，右转弯的4条路线的控制灯可以设为常绿状态，另外8条线路是两两成对的，可以归为4组，所以程序中只需要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。

2.通过分析，这个系统需要四个对象：红绿灯，红绿灯的控制系统，汽车，路。但是汽车并非是看到自己所在路线对应的灯为绿灯就穿过路口，还需要看前面是否有车，如果没有车才可以穿过马路，那么判断前方是否有车就需要路的对象，路的对象中存储车辆的集合，显然路这个对象中就需要有增加车辆和减少车辆的方法，从题目可知，我们这里并不需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定义成一个对象，用一个字符串表示就可以了。

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。

三、代码实现

1.每条路线上都会出现多辆车，路线上要随机增加新的车，在绿灯期间要每秒减少一辆车（假设车辆通过路口只需要1秒）；路线设计思路如下：

1.1设计一个Road类来表示路线，每个Road对象表示一条路线，总共有12条路线，那么系统中就要产生12个Road实例对象；

1.2每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存；

1.3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。

Road类：

package com.itheima.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;public class Road {//存储汽车的集合List<String> verchicles = new ArrayList<String>();//路线名private String name = null;public Road(String name){this.name = name;//新建一个线程ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();//启动一个线程不断的产生车辆pool.execute(new Runnable() {@Overridepublic void run() {// TODO Auto-generated method stubfor (int i = 1; i < 1000;i++) {try {//产生车辆的时间间隔，取1s~10s随机数Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}//产生一个车辆，车名为路线名_iverchicles.add(Road.this.name+"_"+i);}}});//定义一个定时器ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);//每隔一段时间判断一次前方是否为绿灯timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {@Overridepublic void run() {// 当路上有车，而且前方灯亮（为绿灯）时，在存储车的集合中移除第一辆车if (verchicles.size()>0) {boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();if (lighted==true) {System.out.println(verchicles.remove(0)+"is traversing!");}}}},1, //一秒之后开始第一次判断1, //之后每隔一秒判断一次TimeUnit.SECONDS);//将周期设置为以秒为单位}}

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；交通灯设计思路如下：

2.1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）或者不亮（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的状态。

2.2总共有12条路线，所以系统中要产生12个交通灯，右转弯的路线本来不受交通灯的控制，但是为了让程序采用统一的处理方式，这里会假设有四个右转弯的灯，只是这些灯为常亮（绿）状态，也就是永远不变黑。

2.3除了右转弯方向的其他8条路线的灯都是两两成对的，可以归为4组，所以在编程处理时只要从这4组中各取出一个灯进行处理，相对应的方向的灯也随之变化。

2.4每个方向的灯都只有一个实例对象，所以Lamp类采用枚举的方式设计。

2.5设计一个控制交通灯状态的类LampController类，它负责定时让绿灯变红。

Lamp类：

package com.itheima.interview.traffic;public enum Lamp {//12条路线12个灯，设计成枚举类S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true);//定义一个变量记录灯的状态，true即为灯亮（绿灯）private boolean lighted;//定义一个对应路线的灯private String opposite;//下一个路线的灯private String next;//构造函数传入三个参数，分别为对应路线的灯，下一个路线的灯，灯的状态private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){this.opposite = opposite;this.next = next;this.lighted = lighted;}public boolean isLighted(){return lighted;}//变绿灯public void light(){this.lighted=true;//如果有对应的灯，对应的灯也变绿if (opposite!=null) {//Lamp.valueOf(opposite)方法返回opposite灯的对象Lamp.valueOf(opposite).light();}System.out.println(name()+"Lamp is Green!下面总共有6个方向能看到汽车穿过");}//变红灯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);//下一个方向的灯变绿nextLamp.light();}return nextLamp;}}

3.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。

3.1LampController构造方法中设定第一个为绿的灯，这里是以S2N为绿灯开始。

3.2LampController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。

package com.itheima.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(){//假设由S2N这条路线的灯为绿灯开始currentLamp = Lamp.S2N;currentLamp.light();//定义一个定时器ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {@Overridepublic void run() {currentLamp = currentLamp.blackOut();}},10,10,TimeUnit.SECONDS);}}

4.用for循环创建出代表12条路线的对象，然后再创建一个LampController对象并调用其start方法。

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