交通灯管理系统学习笔记

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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。

1、针对一个项目，有了想法之后，切不可空想，一定要画图！



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：红绿灯，红绿灯的控制系统，路线。

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。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。

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。几个典型的案例：人在黑板上画圆，列车司机紧急刹车，售货员统计收获小票的金额，你把门关上了等。

“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”：

StoneKnife = KnifeFactory.createKnife(Stone first, Stone secod); //两块石头磨成一把石刀

material = StoneKnife.cut(tree); //石刀可以砍树，砍成木材

Chair = ChairFactory.makeChair(material);

“球从一根绳子的一段移动到了另一端”。

小球根据绳子来移动。

3、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。Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);

4、设计一个Lamp类来表示一个交通灯：因为每次获得的都是同一个实例对象，所以Lamp类用枚举来做。每个Lamp元素代表一个方向上的灯，总共有12个方向，所以总共有12个Lamp元素。

/*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);

其中有3个变量：

private boolean lighted; /*当前灯是否为绿*/

private String opposite; /*与当前灯同时为绿的对应方向*/

private String next; /*当前灯变红时下一个变绿的灯*/

两个方法：

public void light() //某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿

public Lamp blackOut() //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

总共有12条路线，所以，系统中总共要产生12个交通灯。假设有四个右拐弯的灯，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（可以从图中分析得出）。

5、设计一个红绿灯控制器：

每隔10秒将当前绿灯变为红灯，并让下一个方向的灯变绿。

currentLamp = currentLamp.blackOut();

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。

6、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。

程序代码：

Road.java

package com.archer.traffic;
import java.util.*;
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; //路名

	Road(String name) {
		super();
		this.name = name;
		//JDK1.5线程新特性，1~10s内随机增加车辆
		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);
						}
					}
		});
		//定时器，每过一秒查看灯是否变绿，若为绿，则将第一辆车移走  (schedule调度)
		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,  //过多少秒去干这个事
				1,  //干完之后再过多少秒再接着干
				TimeUnit.SECONDS);
	}
	
}

Lamp.java 枚举类

package com.archer.traffic;

public enum Lamp {
	//直接传对应的灯无法进行，因为还没定义，所以改用名字
	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 String opposite;  //对应的灯的名字
	private String next; 	  //下个灯
	private boolean lighted;  //灯是绿还是红
	
	public boolean isLighted() {
		return lighted;
	}
	
	public void light() {  //灯变绿
		this.lighted = true;
		if(opposite!=null) {
			Lamp.valueOf(opposite).light();  //枚举的valueOf方法
		}	
		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！");  //name()为枚举的方法
	}
	
	public Lamp blackOut() { //灯变红
		this.lighted = false;
		if(opposite!=null) {
			Lamp.valueOf(opposite).blackOut(); 
		}
		
		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;
	}
}

LampController.java

package com.archer.traffic;

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class LampController {
	private Lamp currentLamp;
	
	public LampController() {
		currentLamp = Lamp.S2N;
		currentLamp.light();
		//每隔10s灯变红
		ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
		timer.scheduleAtFixedRate(
				new Runnable() {
					public void run() {
						currentLamp = currentLamp.blackOut();
					}
				}, 
				10, 
				10, 
				TimeUnit.SECONDS);
	}
}

MainClass.java

package com.archer.traffic;

public class MainClass {

	/**
	 * @param args
	 */
	public static void main(String[] args) {
		String[] directions = new String[]{
				"S2N", "S2W", "E2W", "E2S", 
				"N2S", "N2E", "W2E", "W2N",
				"S2E", "E2N", "N2W", "W2S"
		};
		
		for(String i : directions) {
			new Road(i);
		}
		
		new LampController();
	}

}