黑马程序员23.交通灯管理系统

需求分析

交通灯管理系统
需求：
交通灯管理系统的项目需求
 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。

面向对象的分析与设计

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。
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。
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。
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。
设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。

road类

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（用一个“路线名_id”形式的字符串进行表示）。
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

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。  
 * @author 张孝祥 www.it315.org  
 *  
 */  
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的过程   
       //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);  
          
    }  
}

lamp类

Lamp类

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：
/**  
 * 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("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  
     * @return 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;  
    }  
}

lampcontroller类和mainclass类

LampController类

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);  
    }  

MainClass类

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 {  
  
    /**  
     * @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();  
    }  
  
}