【黑马程序员】交通灯管理系统

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需求分析：

 

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。

 

 

 

图形分析：

进行面向对象的分析与设计

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。再牢牢掌握几个典型的案例就可以了：人在黑板上画圆，列车司机紧急刹车，售货员统计收获小票的金额，你把门关上了等。

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。

 

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。

 

 

 

具体实现：

 

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。

[java] view plaincopy

1. package com.itheima.interview.traffic;  
2.   
3. import java.util.ArrayList;  
4. import java.util.List;  
5. import java.util.Random;  
6. import java.util.concurrent.ExecutorService;  
7. import java.util.concurrent.Executors;  
8. import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;  
9. import java.util.concurrent.TimeUnit;  
10.   
11. /** 
12.  * 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。 
13.  * 每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存。 
14.  * 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。 
15.  * @author yangcheng 
16.  * 
17.  */  
18. public class Road {  
19.       
20.     private List<String> vechicles=new ArrayList<String>();  
21.     private String name=null;  
22.       
23.     public Road(String name){  
24.         this.name=name;  
25.           
26.         //模拟车辆不断随机上路的过程   
27.         ExecutorService pool=Executors.newSingleThreadExecutor();  
28.         pool.execute(new Runnable(){  
29.               
30.             public void run(){  
31.                 for(int i=1;i<1000;i++){  
32.                     try {  
33.                         Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);  
34.                     } catch (InterruptedException e) {  
35.                         // TODO Auto-generated catch block  
36.                         e.printStackTrace();  
37.                     }  
38.                       
39.                     vechicles.add(Road.this.name+"_"+i);  
40.                 }         
41.             }  
42.         });  
43.           
44.           
45.         //每隔一秒检查对应的灯是否为绿，是则放行一辆车          
46.         ScheduledExecutorService timer=Executors.newScheduledThreadPool(1);  
47.         timer.scheduleAtFixedRate(  
48.                 new Runnable(){  
49.                     public void run(){  
50.                           
51.                         if(vechicles.size()>0){  
52.                             boolean lighted=Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();  
53.                             if(lighted){  
54.                                 System.out.println(vechicles.remove(0)+"   is traversing --!");  
55.                             }  
56.                         }  
57.                           
58.                     }  
59.                 },   
60.                 1,   
61.                 1,   
62.                 TimeUnit.SECONDS);  
63.     }  
64.       
65. }  
66. 　　  

Lamp类的编写：

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。

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。

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。

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。

 

 

[java] view plaincopy

1. package com.itheima.interview.traffic;  
2. /** 
3.  * 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。 
4.  * 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， 
5.  * 程序代码只需要控制每组灯中的一个灯即可： 
6.  * s2n,n2s     
7.  * s2w,n2e 
8.  * e2w,w2e 
9.  * e2s,w2n 
10.  * s2e,n2w 
11.  * e2n,w2s 
12.  * 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， 
13.  * 所以，可以假想它们总是绿灯。 
14.  * @author yangcheng 
15.  * 
16.  */  
17. /**/  
18. public enum Lamp {  
19.   
20.     //每个枚举元素各表示一个方向的控制灯  
21.       
22.     S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),  
23.       
24.     //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！  
25.     N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),  
26.       
27.     //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  
28.     S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true);  
29.       
30.       
31.     private boolean lighted;//当前灯是否为绿  
32.     private String opposite;//对与当前灯同时为绿的对应方向  
33.     private String next;//当前灯变红时下一个变绿的灯  
34.       
35.       
36.     private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){  
37.         this.opposite=opposite;  
38.         this.next=next;  
39.         this.lighted=lighted;  
40.     }  
41.       
42.     //是否变绿  
43.     public boolean isLighted(){  
44.         return lighted;  
45.     }  
46.       
47.     /** 
48.      * 某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿 
49.      */   
50.     public void light(){  
51.         this.lighted=true;  
52.         if(opposite!=null){  
53.             Lamp.valueOf(opposite).light();  
54.         }  
55.         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！");  
56.     }  
57.       
58.     /** 
59.      * 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 
60.      * @return 下一个要变绿的灯 
61.      */   
62.     public Lamp blackOut(){  
63.         this.lighted=false;  
64.         if(opposite!=null){  
65.             Lamp.valueOf(opposite).blackOut();  
66.         }  
67.           
68.         Lamp nextLamp= null;  
69.         if(next != null){  
70.             nextLamp = Lamp.valueOf(next);  
71.             System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next);            
72.             nextLamp.light();  
73.         }  
74.         return nextLamp;  
75.     }  
76. }  
77. 　　  

LampController类的编写：

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。

LampController构造方法中要设定第一个为绿的灯。

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。

[java] view plaincopy

1. package com.itheima.interview.traffic;  
2.   
3. import java.util.concurrent.Executors;  
4. import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;  
5. import java.util.concurrent.TimeUnit;  
6.   
7. public class LampController {  
8.   
9.     private Lamp currentLamp;  
10.       
11.     public LampController(){  
12.           
13.         //刚开始让由南向北的灯变绿;       
14.         currentLamp=Lamp.S2N;  
15.         currentLamp.light();  
16.           
17.           
18.         /*每隔10秒将当前绿灯变为红灯，并让下一个方向的灯变绿*/        
19.         ScheduledExecutorService timer=Executors.newScheduledThreadPool(1);  
20.         timer.scheduleAtFixedRate(  
21.                 new Runnable(){  
22.                     public void run(){  
23.                         currentLamp=currentLamp.blackOut();  
24.                     }  
25.                 },   
26.                 10,   
27.                 10,   
28.                 TimeUnit.SECONDS);  
29.     }  
30. }  
31. 　　  

MainClass类的编写：

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。

[java] view plaincopy

1. package com.itheima.interview.traffic;  
2.   
3. public class MainClass {  
4.   
5.     public static void main(String[] args){  
6.           
7.         /*产生12个方向的路线*/        
8.         String[] directions=new String[]{     
9.             "S2N","S2W","E2W","E2S",  
10.             "N2S","N2E","W2E","W2N",  
11.             "S2E","E2N","N2W","W2S",                  
12.         };  
13.           
14.         for(int i=0;i<directions.length;i++){  
15.             new Road(directions[i]);  
16.         }  
17.         /*产生整个交通灯系统*/     
18.         new LampController();  
19.     }  
20. }  
21. 　　  

运行结果（部分）：

 

S2N lamp is green，下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过！

N2W_1   is traversing --!

S2N_1   is traversing --!

E2N_1   is traversing --!

N2S_1   is traversing --!

W2S_1   is traversing --!

E2N_2   is traversing --!

S2E_1   is traversing --!

N2S_2   is traversing --!

N2S_3   is traversing --!

S2N_2   is traversing --!

E2N_3   is traversing --!

绿灯从S2N-------->切换为S2W

N2E lamp is green，下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过！

S2W lamp is green，下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过！

N2E_1   is traversing --!

S2W_1   is traversing --!

N2E_2   is traversing --!

S2W_2   is traversing --!

N2W_2   is traversing --!

N2W_3   is traversing --!

S2W_3   is traversing --!

W2S_2   is traversing --!

S2W_4   is traversing --!

S2E_2   is traversing --!

S2W_5   is traversing --!

E2N_4   is traversing --!

S2W_6   is traversing --!

W2S_3   is traversing --!

S2W_7   is traversing --!

N2W_4   is traversing --!

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