黑马程序员---交通灯管理系统

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交通灯管理系统
总结：

对于这次的交通灯系统，使用了最主要的三个类就把所有的事情都解释清楚了，Lamp类、LampController类、Road类，其中Lamp类是一个枚举，该枚举中定义了12个元素（因为有12条路），每个元素的名称是路线的名称，并且有表示对应路线（当前元素路线和对应路线的灯是一样的）的String属性，其次是表示下一条要亮绿灯的路线String属性，还有表示当前路线是否亮绿灯的boolean属性，通过LampController来控制Lamp，用定时器开启一条线程实现循环执行，每隔10秒执行一次，每次执行把当前路线灯变红，下一条路线变绿。最后用路线的名称通过Road类开启12条独立的线程，每条线程中用for循环产生随机时间间隔的车辆，并把产生的车辆存放到List集合中，这样List集合就充当了一个车在排队的功能，List模拟了队列来实现，如果路线上的灯为绿，则在绿灯时间内把排在最前面的车依次通过，也就是把List集合中的第一个元素删除。这样就基本上模拟了整个流程，当然实际开发中是不可能这么做的，因为车上路的过程不用程序来实现，判断路线上的灯也不用程序来完成（是由驾驶员来判断的），实际开发中只要考虑Lanm和LampController就可以了，当然要加入黄灯，这样Lamp就比原来的更复杂了...

通过这次交通灯管理系统的学习，自己对面向对象的理解越来越深刻了，以前对面向对象的理解总是模模糊糊的，张老师的一句话让我印象非常深刻：谁拥有数据，谁就拥有了操作该数据的方法。每个对象都是一个独立的个体，每个对象都有一个所属的类，类是抽象的，是描述一类事物的，类中封装了一些成员属性，成员方法等，只有创建了该类的对象，该对象就拥有了描述这个类的属性和方法等，操作起来更加方便更加人性化也更容易理解。其次就是知道了线程池的概念，知道了什么是定时器。

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。

分析：

总共有12条路线，分别是

由南向北（S2N），由南向西（S2W），由东向西（E2W），由东向南（E2S）

由北向南（N2S），由北向东（N2E），由西向东（W2E），由西向北（W2N）

由南向东(S2E)，由东向北(E2N)，由北向西(N2W)，由西向南(W2S).

我们知道，当一条路线上为绿灯时，其对应路线上的灯也为绿。比如，当S2N路线上为绿灯时，

N2S路线也为绿灯；当S2W为绿灯时，W2E也为绿灯。

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。

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。

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。

代码实现：

Lamp类:

/**

* 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。

* @author张孝祥www.it315.org

*

*/

/**/

publicenum 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),//只需要操作这一排的灯

/*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),//这一排的灯是上面对应方向的灯，相互对应方向的灯是一样的。

/*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);//这一排是常绿灯

/*

* 每个Lamp元素都表示一条路线，创建Lamp元素时传入三个参数，第一个参数表示该路线对应方向的路线。

* 第二个参数表示该路线通行完变红灯后下一条变绿灯的路线。第三个参数表示

* 当前路线是否为绿灯，是为true，否为false。其中有四条路线的绿灯总是亮的，它们是每个路口

* 中向右转的路线。其余默认为false。

* */

private Lamp(String opposite,Stringnext,booleanlighted){

this.opposite = opposite;

this.next = next;

this.lighted = lighted;

}

/*当前灯是否为绿*/

privatebooleanlighted;

/*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;

publicboolean isLighted(){

returnlighted;

}

/**

* 某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿

*/

publicvoid light(){

this.lighted = true;//当前路线灯变为绿灯

if(opposite != null){//

Lamp.valueOf(opposite).light();//由于opposite是字符串类型，要通过valueOf把它转为枚举变量，得到当前路线对应方向的路线，并把灯也置为绿。

}

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！");//加上四条常绿灯路线那么每次都有六条路线可通行了

}

/**

* 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(){

this.lighted = false;//当前路线灯变为红灯

if(opposite != null){

Lamp.valueOf(opposite).blackOut();//对应方向上也变为红灯

}

LampnextLamp= null;

if(next != null){

nextLamp= Lamp.valueOf(next);//得到下一个路线的枚举元素

System.out.println("绿灯从" +name() + "-------->切换为" + next);

nextLamp.light();//下一个路线的灯变为绿

}

return nextLamp;

}

}

LampController类

/*灯的控制器，该类用来控制每条路线上的红绿灯，实现循环执行，每隔10秒执行一次

* 每次执行把当前绿灯变为红灯，并让下一个方向的灯变绿

* */

publicclass 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*/

ScheduledExecutorServicetimer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);

timer.scheduleAtFixedRate(//每个10秒钟执行一次指定线程的任务

new Runnable(){

public void run(){

System.out.println("来啊");

currentLamp = currentLamp.blackOut();//blackOut把当前等变为红并返回下一个要绿的灯

}

},

10,

10,

TimeUnit.SECONDS);//以秒为单位

}

}

MainClass类：

publicclass MainClass {

publicstaticvoidmain(String[] args) {

/*产生12个方向的路线*/

String[] directions = newString[]{

"S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"

};

for(int i=0;i<directions.length;i++){

new Road(directions[i]);//每产生一条路线传入对应路线的名字

}

/*产生整个交通灯系统*/

new LampController();

}

}

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。

*/

publicclass Road {

private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();//存储每条路线上正在等待通过的汽车

private String name =null;

public Road(String name){

this.name = name;

//模拟车辆不断随机上路的过程：每条路线都准备1000辆车，每隔随机1-10秒“驶入”该路线

ExecutorServicepool = Executors.newSingleThreadExecutor();

pool.execute(new Runnable(){

publicvoid run(){

for(int i=1;i<1000;i++){

try {

Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);//线程等待，在1-10秒内产生随机等待时间，表示随机等待1-10秒在该路线上放一辆车。

}catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

vechicles.add(Road.this.name + "_" + i);//把产生的汽车放入集合中。

}

}

});

//每隔一秒检查对应的灯是否为绿，是则放行一辆车

ScheduledExecutorServicetimer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);

timer.scheduleAtFixedRate(

new Runnable(){

publicvoid run(){

if(vechicles.size()>0){

boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();//当前路线绿灯是否为亮

if(lighted){

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

//vechicles实现了队列的功能，因为List集合添加是在尾部，remove(0)表示是删除第一个，也就是先进先出先来先通过的的意思，

}

}

}

},

1,

1,

TimeUnit.SECONDS);

}

}