黑马程序员-------------（十二）交通灯管理系统
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一 交通灯管理系统项目需求
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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。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.
4.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）。
5.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。
6.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。
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。
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二 题目分析
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1.画出一个十字路口的线路图
N代表北，S代表南，E代表东，W代表西，2代表to
如S2N表示由南向北行驶的车辆路线
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。
2.面向对象的分析与设计
(1)通过需求和题目分析，定义出类
1)需求中出现的类：交通灯、线路、车辆
2)是否需要额外的类：交通灯颜色的切换由谁控制？肯定不是交通灯自己切换，而是靠一个交通灯控制器去切换。所以需要有一个交通灯控制器。
3)是否有不需要的类：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，使用Java的String类对象来替代自定义的车辆类。
(2)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。
(3)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。
(4)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。
(5)设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。
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三 程序的编写
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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。
1 package com.isoftstone.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 * 16 */ 17 public class Road { 18 private List<String> vechicles = new ArrayList<String>(); 19 20 private String name =null; 21 public Road(String name){ 22 this.name = name; 23 24 //模拟车辆不断随机上路的过程 25 ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor(); 26 pool.execute(new Runnable(){ 27 public void run(){ 28 for(int i=1;i<1000;i++){ 29 try { 30 Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000); 31 } catch (InterruptedException e) { 32 e.printStackTrace(); 33 } 34 vechicles.add(Road.this.name + "_" + i); 35 } 36 } 37 38 }); 39 40 //每隔一秒检查对应的灯是否为绿，是则放行一辆车 41 ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1); 42 timer.scheduleAtFixedRate( 43 new Runnable(){ 44 public void run(){ 45 if(vechicles.size()>0){ 46 boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted(); 47 if(lighted){ 48 System.out.println(vechicles.remove(0) + " is traversing !"); 49 } 50 } 51 52 } 53 }, 54 1, 55 1, 56 TimeUnit.SECONDS); 57 58 } 59 }
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。
1 package com.isoftstone.interview.traffic; 2 3 /* 4 * 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。 5 * 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， 6 * 程序代码只需要控制每组灯中的一个灯即可： 7 * s2n,n2s 8 * s2w,n2e 9 * e2w,w2e 10 * e2s,w2n 11 * s2e,n2w 12 * e2n,w2s 13 * 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， 14 * 所以，可以假想它们总是绿灯。 15 * 16 */ 17 18 public enum Lamp { 19 //每个枚举元素各表示一个方向的控制灯 20 S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false), 21 //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！ 22 N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false), 23 //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 24 S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true); 25 26 private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){ 27 this.opposite = opposite; 28 this.next = next; 29 this.lighted = lighted; 30 } 31 32 //当前灯是否为绿 33 private boolean lighted; 34 //与当前灯同时为绿的对应方向 35 private String opposite; 36 //当前灯变红时下一个变绿的灯 37 private String next; 38 public boolean isLighted(){ 39 return lighted; 40 } 41 42 //某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿 43 public void light(){ 44 this.lighted = true; 45 if(opposite != null){ 46 Lamp.valueOf(opposite).light(); 47 } 48 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！"); 49 50 } 51 52 //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 53 public Lamp blackOut(){ 54 this.lighted = false; 55 if(opposite != null){ 56 Lamp.valueOf(opposite).blackOut(); 57 } 58 59 Lamp nextLamp= null; 60 if(next != null){ 61 nextLamp = Lamp.valueOf(next); 62 System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next); 63 nextLamp.light(); 64 } 65 return nextLamp; 66 } 67 }
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。
1 package com.isoftstone.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 private Lamp currentLamp; 9 10 public LampController(){ 11 //刚开始让由南向北的灯变绿; 12 currentLamp = Lamp.S2N; 13 currentLamp.light(); 14 15 //每隔10秒将当前绿灯变为红灯，并让下一个方向的灯变绿 16 ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1); 17 timer.scheduleAtFixedRate( 18 new Runnable(){ 19 public void run(){ 20 currentLamp = currentLamp.blackOut(); 21 } 22 }, 23 10, 24 10, 25 TimeUnit.SECONDS); 26 } 27 }
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。
1 package com.isoftstone.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","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S" 10 }; 11 for(int i=0;i<directions.length;i++){ 12 new Road(directions[i]); 13 } 14 15 //产生整个交通灯系统 16 new LampController(); 17 } 18 19 }
程序运行效果
