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系统要求:
模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑,具体需求如下:
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。
需求分析:
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。
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。
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。
代码实现:
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。
程序代码:
1 import java.util.ArrayList; 2 3 import java.util.List; 4 5 import java.util.Random; 6 7 import java.util.concurrent.ExecutorService; 8 9 import java.util.concurrent.Executors; 10 11 import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService; 12 13 import java.util.concurrent.TimeUnit; 14 15 16 17 /** 18 19 * 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。 20 21 * 每条路线上随机增加新的车辆,增加到一个集合中保存。 22 23 * 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。 24 25 * 26 27 */ 28 29 public class Road { 30 31 //创建一个储存车辆走向的集合 32 33 private List<String> vechicles = new ArrayList<String>(); 34 35 //定义一个车辆走向名字的变量 36 37 private String name =null; 38 39 public Road(String name){ 40 41 this.name = name; 42 43 44 45 //模拟车辆不断随机上路的过程 46 47 //线程池(ExecutorService)定义方法 48 49 //Executors.newSingleThreadExecutor();获取一个线程池对象 50 51 ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor(); 52 53 // ExecutorService.execute(Runnable());该方法调用Runnable实例对象中的run方法 54 55 pool.execute(new Runnable(){ 56 57 public void run(){ 58 59 for(int i=1;i<1000;i++){ 60 61 try { 62 63 Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000); 64 65 } catch (InterruptedException e) { 66 67 e.printStackTrace(); 68 69 } 70 71 vechicles.add(Road.this.name + "_" + i); 72 73 } 74 75 } 76 77 78 79 }); 80 81 82 83 //每隔一秒检查对应的灯是否为绿,是则放行一辆车 84 85 //Executors.netScheduledThreadPool(int 线程数量);该方法返回一个ScheduledExecutorService对象 86 87 ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1); 88 89 /**ScheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(Runnable(), 90 91 * long 第一次直行Runnable对象中run方法的延迟时间, 92 93 * long 每次运行run方法时的延迟时间, 94 95 * TimeUnit 时间单位) 该方法在指定时间后 调用指定RUnnable对象中的run方法 之后每隔一段时间就再次运行。 96 97 * */ 98 99 timer.scheduleAtFixedRate( 100 101 new Runnable(){ 102 103 public void run(){ 104 105 if(vechicles.size()>0){ 106 107 boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted(); 108 109 if(lighted){ 110 111 System.out.println(vechicles.remove(0) + " is traversing !"); 112 113 } 114 115 } 116 117 118 119 } 120 121 }, 122 123 1, 124 125 1, 126 127 TimeUnit.SECONDS); 128 129 130 131 } 132 133 }
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。
程序代码:
1 /** 2 3 * 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。 4 5 * 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, 6 7 * 程序代码只需要控制每组灯中的一个灯即可: 8 9 * s2n,n2s 10 11 * s2w,n2e 12 13 * e2w,w2e 14 15 * e2s,w2n 16 17 * s2e,n2w 18 19 * e2n,w2s 20 21 * 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, 22 23 * 所以,可以假想它们总是绿灯。 24 25 */ 26 27 /**/ 28 29 30 31 public enum Lamp { 32 33 /*每个枚举元素各表示一个方向的控制灯*/ 34 35 S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false), 36 37 /*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!*/ 38 39 N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false), 40 41 /*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*/ 42 43 S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true); 44 45 46 47 private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){ 48 49 this.opposite = opposite; 50 51 this.next = next; 52 53 this.lighted = lighted; 54 55 } 56 57 58 59 60 61 /*当前灯是否为绿*/ 62 63 private boolean lighted; 64 65 /*与当前灯同时为绿的对应方向*/ 66 67 private String opposite; 68 69 /*当前灯变红时下一个变绿的灯*/ 70 71 private String next; 72 73 public boolean isLighted(){ 74 75 return lighted; 76 77 } 78 79 80 81 /** 82 83 * 某个灯变绿时,它对应方向的灯也要变绿 84 85 */ 86 87 public void light(){ 88 89 this.lighted = true; 90 91 if(opposite != null){ 92 93 Lamp.valueOf(opposite).light(); 94 95 } 96 97 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!"); 98 99 100 101 } 102 103 104 105 /** 106 107 * 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 108 109 * @return 下一个要变绿的灯 110 111 */ 112 113 public Lamp blackOut(){ 114 115 this.lighted = false; 116 117 if(opposite != null){ 118 119 Lamp.valueOf(opposite).blackOut(); 120 121 } 122 123 124 125 Lamp nextLamp= null; 126 127 if(next != null){ 128 129 nextLamp = Lamp.valueOf(next); 130 131 System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next); 132 133 nextLamp.light(); 134 135 } 136 137 return nextLamp; 138 139 } 140 141 }
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。
程序代码:
1 import java.util.concurrent.Executors; 2 3 import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService; 4 5 import java.util.concurrent.TimeUnit; 6 7 8 9 public class LampController { 10 11 private Lamp currentLamp; 12 13 14 15 public LampController(){ 16 17 //刚开始让由南向北的灯变绿; 18 19 currentLamp = Lamp.S2N; 20 21 currentLamp.light(); 22 23 24 25 /*每隔10秒将当前绿灯变为红灯,并让下一个方向的灯变绿*/ 26 27 ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1); 28 29 timer.scheduleAtFixedRate( 30 31 new Runnable(){ 32 33 public void run(){ 34 35 System.out.println("======"); 36 37 currentLamp = currentLamp.blackOut(); 38 39 } 40 41 }, 42 43 10, 44 45 10, 46 47 TimeUnit.SECONDS); 48 49 } 50 51 } 52 53 MainClass类的编写: 54 55 用for循环创建出代表12条路线的对象。 56 57 接着再获得LampController对象并调用其start方法。 58 59 程序代码: 60 61 public class MainClass { 62 63 64 65 /** 66 67 * @param args 68 69 */ 70 71 public static void main(String[] args) { 72 73 74 75 /*产生12个方向的路线*/ 76 77 String [] directions = new String[]{ 78 79 "S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S" 80 81 }; 82 83 for(int i=0;i<directions.length;i++){ 84 85 new Road(directions[i]); 86 87 } 88 89 90 91 /*产生整个交通灯系统*/ 92 93 new LampController(); 94 95 } 96 97 98 99 }
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