黑马程序员_Java_交通灯管理

交通灯管理项目模拟了对十字路口交通灯的控制，一般在我们生活中的十字路口是有人行道的，而此项目没有考虑人行道，到下面需求的第3条，右转车辆不受信号灯控制可以看出。具体的需求如下：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。    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。5、每辆车通过路口的时间为1秒6、随机生成车辆的时间间隔，以及红绿灯交换时间间隔自定，可以设置。 项目编码之前首先要理清项目的需求，在脑海中大致有一个项目的雏形，下面这个图描述了项目中十字路口的情况，通过这个图可以有助于，对项目业务的理解，观察上图可以看出，总共有12条路线，为了统一编程模型，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，其他的8条线路是两两成对的，可以归为4组，所以，程序只需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。分析需求以及上面这个图，可以进行这样的设计：一、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，项目中车没有其他的逻辑，可以不把它提炼为一个单独的类，用字符串表示就可以了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二、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、 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。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）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5、 设计一个灯的控制器LampController类，它定时让当前的绿灯变红在面向对象设计中有一步很关键，就是提炼出项目中有哪些类，这个需要根据需求与具体的设计，提炼时，可以看需求文档中出现的名词。我们初步设想一下有哪些对象：红绿灯，红绿灯的控制系统，汽车，路线。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，该问哪个对象呢？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。再看题目，我们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。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，这个被称为是专家模式，有一本关于重构的著名书籍<<重构，改善既有代码设计>>一书中，就有关于这点的介绍。此项目设计了4各类，分别是Road、Lamp、LampController、MainClass，下面就来看看这些类是如何设计的：Road类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。这个类中需要启动一个线程以及定时器，启动线程推荐使用Java5提供的线程库，性能较好些，提供了线程池，线程池是一上来就搞出来许多线程，放在那，当有任务交给他时，从池中找出一个空闲的去执行这个任务，Executors是一个线程工具类，提供了大量的对线程进行支持的静态方法。Road类代码如下package traffic3;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 AdanacLFZ *  */public class Road {// 车并不需要定义一个实体类，将车以字符串的形式定义到数组中即可private String name;// 通过分析车的特点，车有增加和减少的方法，所以链表结构是符合车的存储特点的// 为什么不写ArrayList集合呢 因为面向接口编程/*接口 List<E>所有超级接口： Collection<E>, Iterable<E> 所有已知实现类（部分）： AbstractList, ArrayList, AttributeList, LinkedList, Vector*/ private List<String> vehicles = new ArrayList<String>();//在构造方法中不断的创建车。public Road(String name){this.name = name;//线程库,使用线程库来创建一个线程，相当于一个线程池ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();//相当于new一个Runnable的实现类对象pool.execute(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for (int i = 1; i < 1000; i++) {try {Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);//sleep是随机数，随机值1~10} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}//内部类访问外部类,可以在构造函数的参数String前加final,也可以使用外部类名.this.变量名vehicles.add(Road.this.name + "_" + i);}}});//定时器每隔1s检查绿灯是否变亮//调度池ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {@Overridepublic void run() {//首先检查路上有没有车if (vehicles.size() > 0) {//定义变量lighted判断当前线路的灯是否是绿灯boolean lighted ;lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();//如果是绿灯，就放行第一辆车if (lighted) {System.out.println(vehicles.remove(0) +" is traveling!");}}}}, 1, 1, TimeUnit.SECONDS);}}/***此案例中使用了Java多线程：类Executors主要的工厂方法(也是创建线程池的方法，创建一个单线程化的Executor。)：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。     * Creates an Executor that uses a single worker thread operating     * off an unbounded queue. (Note however that if this single     * thread terminates due to a failure during execution prior to     * shutdown, a new one will take its place if needed to execute     * subsequent tasks.)  Tasks are guaranteed to execute     * sequentially, and no more than one task will be active at any     * given time. Unlike the otherwise equivalent     * <tt>newFixedThreadPool(1)</tt> the returned executor is     * guaranteed not to be reconfigurable to use additional threads.     *     * @return the newly created single-threaded Executor     *    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {        return new FinalizableDelegatedExecutorService            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));    }import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;public class TestThread {    public static void main(String args[]){        //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。        ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();        //创建实现了runnable接口的对象        Thread t1 = new MyThread();        Thread t2 = new MyThread();        Thread t3 = new MyThread();        Thread t4 = new MyThread();        Thread t5 = new MyThread();        //将线程放入池中进行执行        pool.execute(t1);        pool.execute(t2);        pool.execute(t3);        pool.execute(t4);        pool.execute(t5);        //关闭线程池        pool.shutdown();    }} class MyThread extends Thread{          @Override     public void run(){         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" is running...");     } }单任务延迟连接池：import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;import java.util.concurrent.TimeUnit;public class TestThread {    public static void main(String args[]){        //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        ScheduledExecutorService pool = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();        //创建实现了runnable接口的对象        Thread t1 = new MyThread();        Thread t2 = new MyThread();        Thread t3 = new MyThread();        Thread t4 = new MyThread();        Thread t5 = new MyThread();        //将线程放入池中进行执行        pool.execute(t1);        pool.execute(t2);        pool.execute(t3);         //使用延迟执行风格的方法         pool.schedule(t4, 10, TimeUnit.MILLISECONDS);         pool.schedule(t5, 10, TimeUnit.MILLISECONDS);         //关闭线程池        pool.shutdown();    }} class MyThread extends Thread{          @Override     public void run(){         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" is running...");     } }***/Lamp类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，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opposite变量来表示它们相反方向的灯，再用一个next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，所以无法在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next和opposite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next和opposite属性必须设置为null，以防止light和blackOut进入死循环。Lamp类代码如下：package traffic3;/** * 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. *  * @author AdanacLFZ *  */public enum Lamp {// 定义12条线路,每个枚举元素各表示一个方向的控制灯// 关键在于模拟右转弯的灯始终是亮着的，以统一模型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);/*与当前灯同时为绿的对应方向(为了避免传递的错误，我们将灯Lamp变为字符串，传递对应灯的名字字符串)*/private String opposite;/*当前灯变红时下一个变绿的灯*/private String next;/*当前灯是否为绿*/private boolean lighted;private Lamp(String opposite, String next, boolean lighted) {this.opposite = opposite;this.next = next;this.lighted = lighted;}//定义一个返回灯是否亮着的方法public boolean isLighted() {return lighted;}// 让灯变绿，并且让对应方向的灯也变绿public void light() {this.lighted = true;if (opposite != null) {Lamp.valueOf(opposite).light();}System.out.println(name() + " 灯亮了,有6个方向的车在移动");}// 让灯变红，并且让对应方向的灯也变红，也要让下一个方向的灯变绿public Lamp blackOut() {this.lighted = false;if (opposite != null) {System.out.println("绿灯由" + name() +" -----> " + next);Lamp.valueOf(opposite).blackOut();}Lamp nextLamp = null;// 定义一个避免死循环的解决办法if (next != null) {nextLamp = Lamp.valueOf(next);nextLamp.light();}return nextLamp;}}LampController类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。LampController类代码如下：package traffic3;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;import java.util.concurrent.TimeUnit;//定义一个灯的控制器public class LampController {//定义一个变量：当前的灯private Lamp currentLamp;//定义构造方法， 构造方法上来 应该让某一个灯变绿public LampController() {currentLamp = Lamp.S2N;currentLamp.light();//做个定时器，让每隔10s绿灯变红灯,并让下一个方向的灯变绿ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {@Overridepublic void run() {currentlLamp = currentlLamp.blackOut();}, 10, 10, TimeUnit.SECONDS);}}MainClass类从名字可以看出这个类，是main方法所在类，main方法中，用for循环创建出代表12条路线的对象，接着再获得LampController对象并调用其start方法。代码如下：package traffic3;public class MainClass {public static void main(String[] args) {//创建12条路线的对象String[] directions = {"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();}}执行结果：N2S变绿了，即将看到有6个方向的有车通过~~~S2N变绿了，即将看到有6个方向的有车通过~~~N2S_1 is traveling!S2N_1 is traveling!W2S_1 is traveling!S2E_1 is traveling!N2W_1 is traveling!W2S_2 is traveling!S2E_2 is traveling!S2N_2 is traveling!N2S_2 is traveling!E2N_1 is traveling!绿灯从S2N ----> S2WN2E变绿了，即将看到有6个方向的有车通过~~~S2W变绿了，即将看到有6个方向的有车通过~~~S2W_1 is traveling!N2E_1 is traveling!S2E_3 is traveling!S2W_2 is traveling!N2E_2 is traveling!N2W_2 is traveling!S2E_4 is traveling!S2W_3 is traveling!W2S_3 is traveling!E2N_2 is traveling!N2W_3 is traveling!S2E_5 is traveling!绿灯从S2W ----> E2WW2E变绿了，即将看到有6个方向的有车通过~~~E2W变绿了，即将看到有6个方向的有车通过~~~E2W_1 is traveling!W2E_1 is traveling!E2W_2 is traveling!W2E_2 is traveling!成功的模拟的对交通灯的控制，这个项目中最重要的一步就是，分析业务逻辑，画出相应的分析图：总共有12条路线，为了统一编程模型，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，其他的8条线路是两两成对的，可以归为4组，所以，程序只需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。没有这一步这个项目就无从入手了，这也告诉我们，做一个项目之前，要理解需求，理清思路，让项目在大脑中有一个大致的雏形，然后再去编码，随着编码的进行对项目的理解会越来越深，这个项目才会成功，而拿到一个项目不仔细思考上来就编码的方式不是良好的方式。