交通灯管理系统

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

1. 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
2. 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