“黑马程序员” 交通灯管理系统

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交通灯管理系统

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

项目分析

总共有多少条路线，多少个交通灯呢？

 

 

面向对象的分析设计：

分析完路线和交通灯，确定了统一的编程模型后，下面就要进行面向对象的设计。

先了解一下面向对象设计的一个重要经验：谁拥有数据，谁就对外提供操作这些数据的方法（张孝祥原创）。几个小案例分析一下

1.人在黑板上画园，有几个对象，画圆的方法由谁来提供。 对象有：人，黑板，圆。画圆的方法由圆来提供，因为画圆需要确定圆心，圆的半径。这些数据来自于圆，就由圆来提供画圆的方法

2.球从一根绳子的一段移动到了另一端。对象：绳子，球。绳子的本质是为小球的移动指引方向，因为绳子上有坐标点，所以绳子就有一个方法提供确定两点。而球的移动需要依赖于绳子，所以球的构造函数中需要传一个绳子对象。

牢牢掌握这句话和这些案例，就可以进行面向对象的分析和设计了

我们初步设想一下有哪些对象：红绿灯，红绿灯的控制系统，汽车，路线。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，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，用一个字符串表示就可以了。

分析完系统中的对象

我们在来分析一下这些对象所具有的的属性和方法
（lamp对象）

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（用到了递归）

 

（Rode对象）
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

（LampController对象）
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。
2.LampController构造方法中要设定第一个为绿的灯。
3.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

分析完对象和对象的属性，方法之后，下面就可以开始编写代码了，为了便于阅读，程序中的会添加许多自己所理解的注释

 

因为对象与对象之间是协作关系，所以编写对象需要有一定的顺序

 

下面是Lamp类的编写

package cn.itcast.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    S-南     N-北     W-西        E-东
 * 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 {
	S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),
	N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),
	S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true);
	/*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;
	private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){
		this.opposite=opposite;
		this.next=next;
		this.lighted=lighted;
	}
	private Lamp(){
		
	}
	/*
	 * 判断当前灯是否为绿灯
	 */
	public boolean islighted(){
		return lighted;
	}
	/*
	 * 灯变绿
	 */
	public void light(){
		this.lighted=true;
		if(opposite!=null){
			Lamp.valueOf(opposite).light();
		}
		System.out.println(this.name()+"Lamp is Green,下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过！");
	}
	/*
	 * 灯变红，讲下一个灯变绿，并返回下一个灯
	 */
	public Lamp blackOut(){
		this.lighted=false;
		if(opposite!=null){
			Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
		}
		Lamp nextLamp=null;
		if(next!=null){
			nextLamp=Lamp.valueOf(next);
			nextLamp.light();
			System.out.println("绿灯从"+name()+"切换为"+next);
		}
		return nextLamp;
	}
}

 

下面是Rode类的编写

package cn.itcast.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 Rode {
	private String name;
	private List<String> vechicles=new ArrayList<String>();
	/*
	 * 每条路都有一个对应的名字
	 */
	public Rode(String name){
		this.name=name;
		//模拟车辆不断随机上路的过程,就是向集合中添加一个车的字符串（
		//只是描述车上路和从路上离开，不需要车的对象，用一个字符串表示）
		//创建一个使用单个 worker 线程的 Executor，以无界队列方式来运行该线程."concurrent-并发的"。
		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);//让线程暂停1-10秒
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					
					}
					vechicles.add(Rode.this.name+"_"+i);//Rode.this.name内部类，与参数name区别开
				}
			}
		}
		);
		//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);
		//一秒之后开始检查，每个一秒在检查一次
		timer.scheduleAtFixedRate(
				new Runnable() {
					
					@Override
					public void run() {
						if(vechicles.size()>0){
							//因为路的名字和灯的名字相对应，所以根据路的名字获取灯的对象。
							boolean lighted=Lamp.valueOf(Rode.this.name).islighted();
							if(lighted){
								System.out.println(vechicles.remove(0)+"   is driving away");
							}
						}
					}
				},
				1,
				1,
				TimeUnit.SECONDS);
	}
}

 LampController类的编写

 

package cn.itcast.Interview.Traffic;

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
 * 交通灯控制器，用于控制交通灯变红和变绿的时间
 * @author huhao
 *
 */
public class TrafficController {
	//当前灯，因为控制器要控制灯的红和绿，必须要知道当前灯是什么。
	private Lamp CurrentLamp;
	//刚开始让由南向北的灯变绿;
	public TrafficController(){
		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);
		//功能類似于一個定時器，每隔十秒執行一次任務。
		timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
			
				@Override
				public void run() {
					//让当前灯变红，并让下一个等变绿，返回下一个灯，下一个灯成为了当前灯
					CurrentLamp=CurrentLamp.blackOut();
				}
				},
				10,
				10,
				TimeUnit.SECONDS);
	}
	
}

 以上三个类编写完成后，就要开始编写测试类了，程序到这里也就快完成了

package cn.itcast.Interview.Traffic;

public class TrafficTest {

	/**
	 * 测试交通管理系统
	 * 产生十二天路线
	 * 启动交通灯控制器，车开始在路上根据交通灯控制器控制的灯的红和绿前行了。
	 */
	public static void main(String[] args) {
		String [] rodes=new String[]{ "S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"};
		for(int i=0;i<rodes.length;i++){ 
			new Rode(rodes[i]);
		}
		new TrafficController();
	}

}

 心得：面向对象的设计经验真的非常重要，要牢牢掌握。

写程序之前一定要规划好思路，在开始写，磨刀不误砍柴工。要多积累项目经验，这样才能做到得心应手。