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
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