交通灯管理系统

交通灯管理系统

模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：

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。

解题思路

首先，为了较好地理解和分析问题，切不可空想，一定要画图！画图非常有助于理解和分析问题。

交通灯路线图如下：



接着进行面向对象的分析和设计：

（一）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。

（二）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，进行灯的切换。

类的编码实现

（一）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”形式的字符串表示车辆）。

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，是则打印车辆集合的第一个元素和将集合中的第一辆车移除掉。

源码如下：

package com.isoftstone.interview.trafficlamp;

/**

* 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。

*/

import java.util.*;

import java.util.concurrent.*;

public class Road {

private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();

private String name;

public Road(String name) {

this.name = name;

//模拟车辆不断随机上路的过程

ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();

pool.execute(new Runnable(){

@Override

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

ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);

timer.scheduleAtFixedRate(

new Runnable(){

@Override

public void run() {

Lamp currentLamp = Lamp.valueOf(Road.this.name);

if(currentLamp.isLighted()){

if(vechicles.size()!=0){

System.out.println(vechicles.get(0)+" is traversing!");

vechicles.remove(0);

}

}

}

},

1,

1,

TimeUnit.SECONDS);

}

}

（二）Lamp类

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opposite变量来表示它们相反方向的灯，再用一个next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next和opposite属性设置为null即可，并且N2S,N2E,W2E,W2N这四个方向上的Lamp对象的next和opposite属性必须设置为null，以便防止light和blackOut进入死循环。

源码如下：

package com.isoftstone.interview.trafficlamp;
/**
* 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。
* 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， 程序代码只需要控制每组灯中的一个灯即可：
* s2n,n2s
* s2w,n2e
* e2w,w2e
* e2s,w2n
* s2e,n2w
* e2n,w2s
* 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，
* 所以，可以假想它们总是绿灯。
*/
public enum Lamp {
//每个枚举元素各表示一个方向的控制灯
//S2N,S2W,E2W,E2S,N2S,N2E,W2E,W2N,S2E,E2N,N2W,W2S;
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);
//当前灯的状态
private boolean lighted = false;
// 当前绿灯的下一个应该变绿的灯
private String next = null;
//当前变绿的灯的相反方向的灯
private String opposite = null;

public boolean isLighted() {
return lighted;
}

private Lamp(String opposite, String next, boolean lighted){
this.opposite = opposite;
this.next = next;
this.lighted = lighted;
}

//某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿
public void light() {
System.out.println(name()+" is green,一共应该有6根线路可以看到车子通过！");
if(opposite!=null){
Lamp.valueOf(opposite).light();
}
}

//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,return 下一个要变绿的灯
public Lamp blackOut() {
Lamp nextLamp = null;
if(opposite!=null) {
Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
}
if(next!=null) {
nextLamp = Lamp.valueOf(next);
System.out.println("绿灯从"+name()+"切换到---->"+next);
nextLamp.light();
}
return nextLamp;
}
}

（三）LampController类

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绿。

源码如下：

package com.isoftstone.interview.trafficlamp;

import java.util.concurrent.*;

public class LampController {
private Lamp currentLamp = null;
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() {
currentLamp = currentLamp.blackOut();
}
},
10,
10,
TimeUnit.SECONDS);
}
}

（四）TrafficLamp主类

1.用for循环创建出代表12条路线的对象。

2.接着创建出LampController对象。

源码如下：

package com.isoftstone.interview.trafficlamp;

public class TrafficLamp {
public static void main(String[] args) {
//产生12个方向的路线
String[] roads = new String[]{
"S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"
};
for(int i=0;i<12;i++) {
new Road(roads[i]);
}
//产生整个交通灯系统
new LampController();
}
}