4、交通管理系统

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十、练习/项目

交通管理系统

一、交通灯管理系统的项目需求

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

二、分析

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为常绿状态
另外，其他的8条路线是两两成对的，可以归为4组，
所以程序中只需要考虑途中标注了数字号的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

三、面向对象设计的经验

谁拥有数据，谁就对外提供操作这些数据的方法

典型案例：

人在黑板上画圆：人、黑板、圆，方法画圆：画圆需要圆心和半径所以画圆是圆的方法
列车司机紧急刹车：列车、司机，方法刹车：是车的动作
售货员统计售货小票的金额：售货员、小票，方法统计金额：是小票的功能
你把门关上了：你、门，方法关门：是门的功能
球从一根绳子的一端移动到另一端：球、绳子，方法移动：球的动作，但是移动需要坐标点，坐标点是绳子的数据，所以绳子应该提供一个nextPoint方法
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：石头、石刀、树、木材、椅子，石头变刀，木材变椅子，都不是刀的功能，所以需要两个工厂

四、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。
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。

五、Road类的编写

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。

package com.isoftstone.interview.traffic;

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;
	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(){
			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(){
					public void run(){
						if(vechicles.size()>0){
							boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
							if(lighted){
								System.out.println(vechicles.remove(0) + " is traversing !");
							}
						}
						
					}
				},
				1,
				1,
				TimeUnit.SECONDS);
		
	}
}

六、Lamp类的编写

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。
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。
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。
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。

package com.isoftstone.interview.traffic;

/**
 * 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
 *
 */
/**/

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;
	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(){
		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){
			nextLamp = Lamp.valueOf(next);
			System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next);			
			nextLamp.light();
		}
		return nextLamp;
	}
}

七、LampController类的编写

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。
LampController构造方法中要设定第一个为绿的灯。
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。

package com.isoftstone.interview.traffic;

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(){
						currentLamp = currentLamp.blackOut();
				}
				},
				10,
				10,
				TimeUnit.SECONDS);
	}
}

八、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

package com.isoftstone.interview.traffic;

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();
	}

}

以上代码和思路，完全是敬爱的张孝祥老师所写

个人表示：觉得很不错，基本上没有什么可以改的地方，非常值得学习和借鉴

九、唯一有一点小遗憾及其补充

项目要求的最后两条没有完全实现

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

小补充：

1，自定义交换时间间隔

public class LampController {
	private Lamp currentLamp;
	
	//interval自定义红绿灯间隔时间
	private long interval;
	
	public LampController(long interval){
		this.interval = interval;
		
		//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(){
						currentLamp = currentLamp.blackOut();
				}
				},
				interval,
				interval,
				TimeUnit.SECONDS);
	}
}

2，加入log日志功能

package com.isoftstone.interview.traffic;

import java.io.BufferedWriter;
import java.io.File;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;

public class Log {
	//日志保存路径
	private String filePath = null;
	//日志名称
	private String fileName = null;
	
	private static BufferedWriter bw;
	
	private File logFile;
	
	//日志功能是否开启
	public static boolean state = false;
	
	public Log(String filePath,String fileName){
		this.filePath = filePath;
		this.fileName = fileName;
		logFile = new File(filePath,fileName+".txt");
		start();
		this.state = true;
	}
	
	private void start(){
		try {
			bw = new BufferedWriter(new FileWriter(logFile));
			System.out.println("日志创建成功");
		} catch (IOException e) {
			System.out.println("日志创建失败，请检查指定目录与文件名是否正确");
		}
	}
	/**
	 * 写入日志信息，为了保证文件信息正确，需要同步
	 * 开启日志功能则可正常写入信息
	 */
	public static synchronized void addToLog(String info){
		if(state)
		{
			try {
				bw.write(info);
				bw.newLine();
				bw.flush();
			} catch (IOException e) {
				System.out.println("信息录入失败");
			}
		}
	}
}

日志功能有待完善，希望大家给出宝贵意见，在此感激不尽