黑马程序员——【Java高新技术】——案例：交通灯管理系统

一、交通灯管理系统的项目需求

　　Ø 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

　　　……

　　Ø 信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。

　　Ø 应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。

　　Ø 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。

　　Ø 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）。

　　Ø 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。

　　Ø 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、交通（灯）运行示意图

 　　

　　 线路图分析：图中总计有12条路线，为统一编程模型，可以假设每条路线都有一个红绿灯对其进行控制，（N2E、N2W、W2S、S2E）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。

三、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。

　　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。

　　Ø 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。

　　Ø 每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存。

　　Ø 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。

　　Ø 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。

　　2、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或黑状态。

　　Ø 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。

　　Ø 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。

　　Ø 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。

　　Ø 设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。 

四、代码实现

　　（一）Road类的代码 

package com.isoftstone.interview.traffic;
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 {
    private List<String> vehicles = new ArrayList<String>();    
    private String name = null;// 给每条路定义一个名字    
    public Road(String name){
        this.name = name;
        //定义一个线程池，挑出一个线程去执行run()方法中的代码，run()中的代码用于每隔10秒，路上增加一辆车。
        ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
        pool.execute(new Runnable(){
            public void run(){
                for(int i=1;i<1000;i++){
                    try {
                        Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    vehicles.add(Road.this.name+"_"+i);
                }
            }
        });
        
        //定义一个定时器:用Executors.newScheduledThreadPool()函数，创建线程池，其返回值类型是ScheduleExecutorService。
        ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
        timer.scheduleAtFixedRate(
                new Runnable(){
                    public void run(){
                        if(vehicles.size()>0){
                            boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
                            if(lighted)
                                System.out.println(vehicles.remove(0)+" is travelling! ");
                        }
                    }
                },
                1,
                1,
                TimeUnit.SECONDS);
    }
}

　　（二）Lamp类的代码

package com.isoftstone.interview.traffic;
public enum Lamp {
    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);
    
    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();
        }
        // Enum的 name()方法， 返回此枚举常量的名称，在其枚举声明中对其进行声明。返回值类型是String。
        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。");
    }
    
    public Lamp blackOut(){
        this.lighted = false;
        //假如有对面的灯，将对面的灯变黑；
        if(opposite!=null){
            Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
        }
        //假如有下一个灯，就让下一个灯变绿；
        Lamp nextLamp = null;;
        if(next!= null){
            nextLamp =Lamp.valueOf(next);
            System.out.println("绿灯从"+name()+"--------->切换为"+next);
            nextLamp.light();
        }
        return nextLamp;
    }
}

　　（三）LampController类的代码

package com.isoftstone.interview.traffic;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class LampController {
    private Lamp currentLamp;
    public LampController(){
        //刚开始让由南向北的灯变绿;
        currentLamp = Lamp.S2N;
        currentLamp.light();
        
        /*每隔10秒将当前绿灯变为红灯，并让下一个方向的灯变绿*/
        ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
        timer.scheduleAtFixedRate(
                new Runnable(){
                    @Override
                    public void run() {
                        System.out.println("");
                        currentLamp = currentLamp.blackOut();
                    }
                },
                10,
                10,
                TimeUnit.SECONDS);
    }
}

　　（四）MainClass类的代码

package com.isoftstone.interview.traffic;
public class MainClass {
    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        /*产生12个方向的路线*/
        String [] directions = new String[]{                "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();
    }
}