交通灯管理系统

最新推荐文章于 2025-09-06 09:33:29 发布

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本文详细阐述了如何设计并实现一个模拟十字路口交通灯管理系统的逻辑，包括异步随机生成车辆、信号灯控制逻辑、路线规划以及每辆车通过路口的时间模拟。重点介绍了如何通过面向对象的设计方法来实现这一系统，包括路线、红绿灯、车辆对象的设计，以及如何通过线程和定时任务来模拟车辆行驶和信号灯切换。

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。

项目分析：

首先，我们看到这个题目的时候，就可以想象自己现在就站在十字路口的正中央，指挥着来往的车辆，脑海中我们可以构画出这么一副图：

把这个路口细细的分化的话，可以规划出车辆行驶的12条路线。为了统一规划编程模型，我们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称为常绿状态。另外，中间两两相交的8条线路是两两成对的，可以归为4组，所以程序只需控制4条路线即可，也就是控制图上标识㈠、㈡、㈢、㈣。

现在，我们已经把问题的一些思路理清了，接下来就要进行面线对象的分析设计了。

java的世界里，万物皆对象。结合图形，我们不难想到这些对象：路线、红绿灯、汽车还要有红绿灯的控制系统。

下面，再思考一下，汽车是如何过马路的呢？

是，看到绿灯亮了吗？那它前面还有车怎么办呢？所以，这时就要问路了，问我的前面还有没有车啊。从此我们可以分析出来路中存储着车辆的集合，也就应该有增加车辆和减少车辆的方法了。

再看题目，我们只需只是捕捉到车辆穿过路口的过程，并不要求车是如何驶过路口的，所以，车就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。

程序设计思路：

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，增加到一个对应的路线的集合中保存。
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：红或绿。每个交通灯要有变绿和变红的方法，并且能返回自己的红绿状态。
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，只是这些灯为常绿状态。
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个灯依次轮询变绿，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对象的变绿和变红方法中，将对应方向的灯也变绿和变红。每个灯变红时，都伴随者下一个灯的变绿，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：

下面就让我们跟着代码去实现该程序。首先，我们创建的是Road类

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;
/**
 * 路线
 * @author Administrator
 */
public class Road {
	private List<String> cars = new ArrayList<String>(); //该路线上的车辆的集合
	private String name = null; //该路线的名字
	public Road(String name){
		this.name = name;
		//模拟车辆不断随机上路的过程		
		ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();//使用线程池，产生一个线程，向集合中添加车辆
		pool.execute(new Runnable(){
			public void run(){
				for(int i=1;i<1000;i++){
					try {
						Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);//每隔1~10秒之间，添加一辆车到集合中
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
					cars.add(Road.this.name + "_" + i);//按路名产生车辆
				}				
			}
		});
		//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/*池中所保存的线程数*/); //创建一个线程定时器。
		timer.scheduleAtFixedRate(
				new Runnable(){
					public void run(){
						if(cars.size()>0){
							boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isGreen();//判断当前灯是否为绿
							if(lighted){
								System.out.println(cars.remove(0) + " is traversing !");
							}
						}
					}
				},
				1,//第一次延时1秒调用
				1,//以后每次再过1秒调用
				TimeUnit.SECONDS);//设置数字的单位为秒
	}
}

路线设计好了，接下来就要创建Lamp类了

/**
 * 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。
 */

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);
	
	//当前灯的状态，是绿还是红	
	private boolean state;
	//与当前灯相对应的灯
	private String oppositeLamp;
	//当前灯变红时下一个变绿的灯	
	private String nextLamp;
	
	private Lamp(String oppositeLamp,String nextLamp,boolean state){
		this.oppositeLamp = oppositeLamp;
		this.nextLamp = nextLamp;
		this.state = state;
	}

	/**
	 * 获取当前灯的状态
	 * @return 前灯的状态
	 */
	public boolean isGreen(){
		return state;
	}
	
	/**
	 * 某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿
	 */	
	public void greenChange(){
		this.state = true;
		if(oppositeLamp != null){
			Lamp.valueOf(oppositeLamp).greenChange();
		}
		System.out.println(name() + "变绿了，下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过！");//便于测试观看结果
	}
	
	/**
	 * 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 redChange(){
		this.state = false;
		if(oppositeLamp != null){
			Lamp.valueOf(oppositeLamp).redChange();
		}		
		Lamp next = null;
		if(nextLamp != null){
			next = Lamp.valueOf(nextLamp);
			System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + nextLamp);			
			next.greenChange();
		}
		return next;
	}
}

路灯也设计好了，接下来就是管理路灯，接着创建LampController类了

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
 * 路灯管理类
 * @author Administrator
 */
public class LampContorller {
	private Lamp currentLamp;//初始化一个路灯
	
	public LampContorller(){
		//刚开始让由南向北的灯变绿;		
		currentLamp = Lamp.S2N;
		currentLamp.greenChange();
		
		//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.redChange();// 改变当前路灯状态，并返回下一个路灯
			}
		},
		2, 
		2, 
		TimeUnit.SECONDS);
	}
}

好了，万事俱备，只盼东方了。测试一下：写个Test类：

/**
 * 测试类
 * @author Administrator
 */
public class Test {
	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]);//初始化路线
		}
		
		//产生整个交通灯系统	
		new LampContorller();
	}

}

到此，面试题搞定！