黑马程序员 交通灯管理系统

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一.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、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。

  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方式展现程序运行结果。

二.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。

     (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。

   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。

     (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。

     (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LampController类，它定时让当前的绿灯变红。

 

   3、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。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。

      学员的两个面向对象的面试题，用面向对象的方式设计如下情景。

      “两块石头磨成一把石刀，石刀可以砍树，砍成木材，木材做成椅子”，

      “球从一根绳子的一段移动到了另一端”，

三.Road类的编写

 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。

   4、在讲Road对象的定时器代码时，因为开始阶段还没有设计Lamp类，所以，检查该方向上的灯是否为绿的代码暂时先采用短路方式。

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 {privateList<String> car=new ArrayList<>();private String name =null;public Road(String name){this.name=name;ExecutorService pool=Executors.newSingleThreadExecutor();pool.execute(new Runnable(){public void run(){for(int i=0;i<1000;i++){try {Thread.sleep((new Random ().nextInt(10)+1)*1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}car.add(Road.this.name+".."+i);}}});ScheduledExecutorService timer=Executors.newScheduledThreadPool(1);timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable(){@Overridepublic void run() {if(car.size()>0){boolean ligthed=Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();if(ligthed){System.out.println(car.remove(0)+"is traversing !");}}}},1, 1, TimeUnit.SECONDS);}}

四.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。

public enum Lamp {S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","N2S",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);private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){this.opposite=opposite;this.next=next;this.lighted=lighted;}private Lamp(){}private boolean lighted;private String opposite;private String next;public boolean isLighted(){return lighted;}public void light(){this.lighted=true;if(opposite!=null){Lamp.valueOf(opposite).light();}System.out.println(name()+"lamp is green,下面总共该有6个方向能看见汽车穿过");}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"+name()+"--------切换为"+next);nextLamp.light();}return nextLamp;}}

五.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为绿灯

import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;import java.util.concurrent.TimeUnit;public class LampCount {private Lamp currentLamp;public LampCount(){currentLamp= Lamp.S2N;currentLamp.light();ScheduledExecutorService timer=Executors.newScheduledThreadPool(1);timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable(){public void run(){currentLamp=currentLamp.blackOut();}}, 10, 10, TimeUnit.SECONDS);}}

六.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。

   3、String [] directions ={"S2N","N2S","S2W","N2E","E2W","W2E",

     "E2S","W2N","S2W","N2W","E2N","W2S"};

public class MainClass {/** * @param args */public static void main(String[] args) {// TODO Auto-generated method stubString [] directions =new String[]{"S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"};for(int i=0;i<directions.length;i++){new Road(directions[i]);}new LampCount();}}