交通灯管理系统

一、       需求文档

模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：

 

①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

       。。。

 

②  信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。
 

③ 应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。
 

④ 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。

 

⑤ 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）。
 

⑥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。
 

⑦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。
 

二、       需求分析

第一步：画交通图并分析






由图得出文字分析：

1)     各方行驶车辆总共有12条路线。由图分析出直行车辆有4条路线，左转弯车辆有4条路线，右转弯车辆有4条路线。

2)     以南向北、东向西两个方向行驶车辆考虑即可，因其他方向和这两方向的情况一样的。然后这两方向中一共有 6 条路线，因需求只考虑红绿灯，右转车辆不受信号灯控制，最后确定只考虑直行和左转车辆路线共 4条即可。

3)     （总结分析 1、2 点。）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。

第二步：面向对象分析与设计

1)     对象：红绿灯、汽车、路线。    

2)     红绿灯需要有红绿灯控制系统。

3)     汽车和路线的关系分析：

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。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，用一个字符串表示即可。

笔记：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。eg：思考人在黑板上画圆，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。

4)     车辆、路线、灯的关系：

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。

a) 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。

b) 每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存。

c) 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。

5)     路线和灯的关系：

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。

a) 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。

b) 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。

c) 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。

第三步：编写类：

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。

2)     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 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。

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 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。

3)     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。

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。

4)     MainClass类

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。

三、            代码：

1)     Road类

package com.it.zxj;

import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;
/**
* 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 {

// vechicles 交通工具集合
private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();
private String name = null;//路线名称

public Road(String name) {
this.name = name;

//每隔一秒检查对应的灯是否为绿，是则放行一辆车
ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
pool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
try {
Thread.sleep(((new Random().nextInt(10)) + 1) * 1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
vechicles.add(Road.this.name + "_" + i);
}
}
});
// 线
b20e
程定时器
ScheduledExecutorService timer =Executors.newScheduledThreadPool(1);

timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
public void run() {
if (vechicles.size() > 0) {
// 利用路名来得到灯
boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
if (lighted==true) {// 如果是亮的，车就走
// 将集合中的第一辆车移走
System.out.println(vechicles.remove(0)
+ " is traversing!");
}

}
}
}, 1, 1, TimeUnit.SECONDS);
}
}

2)     Lamp类

package com.it.zxj;
/**
* 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;

}
//private Lamp(){}
/*当前灯是否为绿*/
private boolean lighted;
/*当前灯是否为绿*/
private String opposite;	//对面的灯
/*当前灯变红时下一个变绿的灯*/
private String next;		//下一个灯
public boolean isLighted(){
return lighted;
}
/**
* 某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿
*/
public void light(){//变绿
this.lighted=true;
if(opposite!=null){
Lamp.valueOf(opposite).light();//对面的也变绿
}
System.out.println(name()+"lamp is green,下面总共有六个方向看到汽车穿过!");
}
/**
* 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){
nextLamp = Lamp.valueOf(next);
System.out.println("绿灯从"+name()+"切换为："+next);
nextLamp.light();
}
return nextLamp;
}
}

3)     LampController类

package com.it.zxj;

import java.util.concurrent.*;

public class LampController {
private Lamp currentLamp;//当前的灯

public LampController(){
//刚开始让由南向北的灯变绿;
currentLamp = Lamp.S2N;
currentLamp.light();//让某一个灯一上来就是绿的

/*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(){
//当前的灯变红
currentLamp = currentLamp.blackOut();
}
},
10,
10,
TimeUnit.SECONDS);
}
}

4)     MainClass类

package com.it.zxj;

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();
}
}