交通灯管理系统

一、交通灯管理系统的项目需求

 

  • 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

二、分析

 

 

  • 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为常绿状态
  • 另外，其他的8条路线是两两成对的，可以归为4组，
  • 所以程序中只需要考虑途中标注了数字号的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

三、面向对象设计的经验

 

    谁拥有数据，谁就对外提供操作这些数据的方法

 

    典型案例：

  • 人在黑板上画圆：人、黑板、圆，方法画圆：画圆需要圆心和半径所以画圆是圆的方法
  • 列车司机紧急刹车：列车、司机，方法刹车：是车的动作
  • 售货员统计售货小票的金额：售货员、小票，方法统计金额：是小票的功能
  • 你把门关上了：你、门，方法关门：是门的功能
  • 球从一根绳子的一端移动到另一端：球、绳子，方法移动：球的动作，但是移动需要坐标点，坐标点是绳子的数据，所以绳子应该提供一个nextPoint方法
  • 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：石头、石刀、树、木材、椅子，石头变刀，木材变椅子，都不是刀的功能，所以需要两个工厂

四、面向对象的分析与设计

 

  • 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。
  • 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。

五、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代码  收藏代码
    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.  * @author 张孝祥 www.it315.org 
    16.  * 
    17.  */  
    18. public class Road {  
    19.     private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();  
    20.       
    21.     private String name =null;  
    22.     public Road(String name){  
    23.         this.name = name;  
    24.           
    25.         //模拟车辆不断随机上路的过程       
    26.         ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();  
    27.         pool.execute(new Runnable(){  
    28.             public void run(){  
    29.                 for(int i=1;i<1000;i++){  
    30.                     try {  
    31.                         Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);  
    32.                     } catch (InterruptedException e) {  
    33.                         e.printStackTrace();  
    34.                     }  
    35.                     vechicles.add(Road.this.name + "_" + i);  
    36.                 }                 
    37.             }  
    38.               
    39.         });  
    40.           
    41.         //每隔一秒检查对应的灯是否为绿，是则放行一辆车          
    42.         ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);  
    43.         timer.scheduleAtFixedRate(  
    44.                 new Runnable(){  
    45.                     public void run(){  
    46.                         if(vechicles.size()>0){  
    47.                             boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();  
    48.                             if(lighted){  
    49.                                 System.out.println(vechicles.remove(0) + " is traversing !");  
    50.                             }  
    51.                         }  
    52.                           
    53.                     }  
    54.                 },  
    55.                 1,  
    56.                 1,  
    57.                 TimeUnit.SECONDS);  
    58.           
    59.     }  
    60. }  
     

六、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代码  收藏代码
    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.  * @author 张孝祥 www.it315.org 
    16.  * 
    17.  */  
    18. /**/  
    19.   
    20. public enum Lamp {  
    21.     /*每个枚举元素各表示一个方向的控制灯*/     
    22.     S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),  
    23.     /*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！*/  
    24.     N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),  
    25.     /*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*/  
    26.     S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true);  
    27.       
    28.     private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){  
    29.         this.opposite = opposite;  
    30.         this.next = next;  
    31.         this.lighted = lighted;  
    32.     }  
    33.   
    34.   
    35.     /*当前灯是否为绿*/   
    36.     private boolean lighted;  
    37.     /*与当前灯同时为绿的对应方向*/     
    38.     private String opposite;  
    39.     /*当前灯变红时下一个变绿的灯*/     
    40.     private String next;  
    41.     public boolean isLighted(){  
    42.         return lighted;  
    43.     }  
    44.       
    45.     /** 
    46.      * 某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿 
    47.      */   
    48.     public void light(){  
    49.         this.lighted = true;  
    50.         if(opposite != null){  
    51.             Lamp.valueOf(opposite).light();  
    52.         }  
    53.         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！");  
    54.           
    55.     }  
    56.       
    57.     /** 
    58.      * 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 
    59.      * @return 下一个要变绿的灯 
    60.      */   
    61.     public Lamp blackOut(){  
    62.         this.lighted = false;  
    63.         if(opposite != null){  
    64.             Lamp.valueOf(opposite).blackOut();  
    65.         }         
    66.           
    67.         Lamp nextLamp= null;  
    68.         if(next != null){  
    69.             nextLamp = Lamp.valueOf(next);  
    70.             System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next);            
    71.             nextLamp.light();  
    72.         }  
    73.         return nextLamp;  
    74.     }  
    75. }  
     

七、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代码  收藏代码
    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. }  
     

八、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
  • Java代码  收藏代码
    1. package com.isoftstone.interview.traffic;  
    2.   
    3. public class MainClass {  
    4.   
    5.     /** 
    6.      * @param args 
    7.      */  
    8.     public static void main(String[] args) {  
    9.           
    10.         /*产生12个方向的路线*/        
    11.         String [] directions = new String[]{  
    12.                 "S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"       
    13.         };  
    14.         for(int i=0;i<directions.length;i++){  
    15.             new Road(directions[i]);  
    16.         }  
    17.           
    18.         /*产生整个交通灯系统*/         
    19.         new LampController();  
    20.     }  
    21.   
    22. }  
     

以上代码和思路，完全是敬爱的张孝祥老师所写

个人表示：觉得很不错，基本上没有什么可以改的地方，非常值得学习和借鉴

 

九、唯一有一点小遗憾及其补充

 

项目要求的最后两条没有完全实现

 

  1. 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
  2. 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

小补充：

1，自定义交换时间间隔

Java代码  收藏代码
  1. public class LampController {  
  2.     private Lamp currentLamp;  
  3.       
  4.     //interval自定义红绿灯间隔时间  
  5.     private long interval;  
  6.       
  7.     public LampController(long interval){  
  8.         this.interval = interval;  
  9.           
  10.         //刚开始让由南向北的灯变绿;       
  11.         currentLamp = Lamp.S2N;  
  12.         currentLamp.light();  
  13.           
  14.         /*每隔10秒将当前绿灯变为红灯，并让下一个方向的灯变绿*/        
  15.         ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);  
  16.         timer.scheduleAtFixedRate(  
  17.                 new Runnable(){  
  18.                     public  void run(){  
  19.                         currentLamp = currentLamp.blackOut();  
  20.                 }  
  21.                 },  
  22.                 interval,  
  23.                 interval,  
  24.                 TimeUnit.SECONDS);  
  25.     }  
  26. }  

 

2，加入log日志功能

Java代码  收藏代码
  1. package com.isoftstone.interview.traffic;  
  2.   
  3. import java.io.BufferedWriter;  
  4. import java.io.File;  
  5. import java.io.FileWriter;  
  6. import java.io.IOException;  
  7.   
  8. public class Log {  
  9.     //日志保存路径  
  10.     private String filePath = null;  
  11.     //日志名称  
  12.     private String fileName = null;  
  13.       
  14.     private static BufferedWriter bw;  
  15.       
  16.     private File logFile;  
  17.       
  18.     //日志功能是否开启  
  19.     public static boolean state = false;  
  20.       
  21.     public Log(String filePath,String fileName){  
  22.         this.filePath = filePath;  
  23.         this.fileName = fileName;  
  24.         logFile = new File(filePath,fileName+".txt");  
  25.         start();  
  26.         this.state = true;  
  27.     }  
  28.       
  29.     private void start(){  
  30.         try {  
  31.             bw = new BufferedWriter(new FileWriter(logFile));  
  32.             System.out.println("日志创建成功");  
  33.         } catch (IOException e) {  
  34.             System.out.println("日志创建失败，请检查指定目录与文件名是否正确");  
  35.         }  
  36.     }  
  37.     /** 
  38.      * 写入日志信息，为了保证文件信息正确，需要同步 
  39.      * 开启日志功能则可正常写入信息 
  40.      */  
  41.     public static synchronized void addToLog(String info){  
  42.         if(state)  
  43.         {  
  44.             try {  
  45.                 bw.write(info);  
  46.                 bw.newLine();  
  47.                 bw.flush();  
  48.             } catch (IOException e) {  
  49.                 System.out.println("信息录入失败");  
  50.             }  
  51.         }  
  52.     }  
  53. }  

 日志功能有待完善，希望大家给出宝贵意见，在此感激不尽

posted @ 2013-04-08 21:36  谷文仁  阅读(258)  评论(0)  编辑  收藏  举报