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  • 黑马程序员-交通灯管理系统

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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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