交通灯管理系统

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：

• 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。

项目分析：

首先，我们看到这个题目的时候，就可以想象自己现在就站在十字路口的正中央，指挥着来往的车辆，脑海中我们可以构画出这么一副图：

把这个路口细细的分化的话，可以规划出车辆行驶的12条路线。为了统一规划编程模型，我们可以假设每条路线都有一个红绿灯对其进行控制，右转弯的4条路线的控制灯可以假设称为常绿状态。另外，中间两两相交的8条线路是两两成对的，可以归为4组，所以程序只需控制4条路线即可，也就是控制图上标识㈠、㈡、㈢、㈣。

现在，我们已经把问题的一些思路理清了，接下来就要进行面线对象的分析设计了。

java的世界里，万物皆对象。结合图形，我们不难想到这些对象：路线、红绿灯、汽车还要有红绿灯的控制系统。

下面，再思考一下，汽车是如何过马路的呢？

是，看到绿灯亮了吗？那它前面还有车怎么办呢？所以，这时就要问路了，问我的前面还有没有车啊。从此我们可以分析出来路中存储着车辆的集合，也就应该有增加车辆和减少车辆的方法了。

再看题目，我们只需只是捕捉到车辆穿过路口的过程，并不要求车是如何驶过路口的，所以，车就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。

程序设计思路：

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，增加到一个对应的路线的集合中保存。
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：红或绿。每个交通灯要有变绿和变红的方法，并且能返回自己的红绿状态。
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，只是这些灯为常绿状态。
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个灯依次轮询变绿，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对象的变绿和变红方法中，将对应方向的灯也变绿和变红。每个灯变红时，都伴随者下一个灯的变绿，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。

代码实现：

下面就让我们跟着代码去实现该程序。首先，我们创建的是Road类

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;/** * 路线 * @author Administrator */public class Road {private List<String> cars = new ArrayList<String>(); //该路线上的车辆的集合private String name = null; //该路线的名字public Road(String name){this.name = name;//模拟车辆不断随机上路的过程ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();//使用线程池，产生一个线程，向集合中添加车辆pool.execute(new Runnable(){public void run(){for(int i=1;i<1000;i++){try {Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);//每隔1~10秒之间，添加一辆车到集合中} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}cars.add(Road.this.name + "_" + i);//按路名产生车辆}}});//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/*池中所保存的线程数*/); //创建一个线程定时器。timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable(){public void run(){if(cars.size()>0){boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isGreen();//判断当前灯是否为绿if(lighted){System.out.println(cars.remove(0) + " is traversing !");}}}},1,//第一次延时1秒调用1,//以后每次再过1秒调用TimeUnit.SECONDS);//设置数字的单位为秒}}

路线设计好了，接下来就要创建Lamp类了

/** * 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);//当前灯的状态，是绿还是红private boolean state;//与当前灯相对应的灯private String oppositeLamp;//当前灯变红时下一个变绿的灯private String nextLamp;private Lamp(String oppositeLamp,String nextLamp,boolean state){this.oppositeLamp = oppositeLamp;this.nextLamp = nextLamp;this.state = state;}/** * 获取当前灯的状态 * @return 前灯的状态 */public boolean isGreen(){return state;}/** * 某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿 */public void greenChange(){this.state = true;if(oppositeLamp != null){Lamp.valueOf(oppositeLamp).greenChange();}System.out.println(name() + "变绿了，下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过！");//便于测试观看结果}/** * 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 redChange(){this.state = false;if(oppositeLamp != null){Lamp.valueOf(oppositeLamp).redChange();}Lamp next = null;if(nextLamp != null){next = Lamp.valueOf(nextLamp);System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + nextLamp);next.greenChange();}return next;}}

路灯也设计好了，接下来就是管理路灯，接着创建LampController类了

import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;import java.util.concurrent.TimeUnit;/** * 路灯管理类 * @author Administrator */public class LampContorller {private Lamp currentLamp;//初始化一个路灯public LampContorller(){//刚开始让由南向北的灯变绿;currentLamp = Lamp.S2N;currentLamp.greenChange();//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() {currentLamp = currentLamp.redChange();// 改变当前路灯状态，并返回下一个路灯}},2, 2, TimeUnit.SECONDS);}}

好了，万事俱备，只盼东方了。测试一下：写个Test类：

/** * 测试类 * @author Administrator */public class Test {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]);//初始化路线}//产生整个交通灯系统new LampContorller();}}

到此，面试题搞定！