黑马程序员16_交通灯管理系统
交通灯管理系统
需求:
模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑
- 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。
实现步骤:
第一步:分析问题,从整体上搞清业务逻辑
通过图形形象表示:
第二步:面向对象分析
- 1、逻辑业务面向对象考虑
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、用面向对象分析抽象出具体的类
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,用一个字符串表示就可以了,因此可抽象出四个类:
①红绿灯
②红绿灯的控制系统
③路线
④主类
- 3、各个类的具体分析
①路线 Road类
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。
②红绿灯
a)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。
b) 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。
c) 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。
d) 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。
e) 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。
③红绿灯的控制系统
设计一个LampController类,它定时让当前的绿灯变红。
第三步:类的代码实现
- 1、Road类
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。
具体代码如下:
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; /** * 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。 */ public class Road { private List<String> vechicles = new ArrayList<String>(); private String name =null; /*在这个构造函数中,传回哪个方向的车, 先开启一个线程池用于产生车辆,一个定时器用于观察交通灯状态*/ public Road(String name){ this.name = name; //模拟车辆不断随机上路过程,使用线程池,通过产生单个线程的方法,创建一个线程池 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(); } vechicles.add(Road.this.name + "_" + i); } } }); //每隔一秒检查对应的灯是否为绿,是则放行一辆车,产生一个单线程,创建定时器 ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1); timer.scheduleAtFixedRate( new Runnable(){ public void run(){ //判断路上是否有车,有则进行相应的操作 if(vechicles.size()>0){ boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted(); //每隔1秒让车通行,通行前要先判断灯是否亮,亮了才能通行,即从集合中移除 if(lighted){ System.out.println(vechicles.remove(0) + " is traversing !"); } } } }, 1, 1, TimeUnit.SECONDS); } }
- 2、Lamp类的代码实现
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。
① 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。
② 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。
③ 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。
代码如下:
public enum Lamp { //每个枚举元素各表示一个方向的控制灯 S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false), //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! N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false), //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 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; } //当前灯是否为绿 private boolean lighted; //与当前灯同时为绿的对应方向 private String opposite; //当前灯变红时下一个变绿的灯 private String next; //灯的判断是否亮的方法 public boolean isLighted(){ return lighted; } /**让这个方向的等亮起来 * 某个灯变绿时,它对应方向的灯也要变绿 */ public void light(){ this.lighted = true; if(opposite != null){ Lamp.valueOf(opposite).light(); } 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!"); } /** * 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 * 下一个要变绿的灯 */ public Lamp blackOut(){ this.lighted = false; if(opposite != null){ Lamp.valueOf(opposite).blackOut(); } Lamp nextLamp= null; if(next != null){ //当前灯变绿了,让对应的灯也变绿 nextLamp = Lamp.valueOf(next); System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next); nextLamp.light(); } return nextLamp; } }
- 3、LampController类的代码实现
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。
②LampController构造方法中要设定第一个为绿的灯。
③LampController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。
具体代码如下:
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(){ public void run(){ System.out.println("来啊"); currentLamp = currentLamp.blackOut(); } }, 10, 10, TimeUnit.SECONDS); }
- 4、MainClass类的代码是实现
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。
public class MainClass { 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(); } }