张孝祥交通灯管理系统

 

在做一件事时,首先要明确要达到什么效果。有目的性。就软件项目来说就是,首先要看的就是项目所提出的项目要求。做项目,不急于写代码,先把问题搞清楚,把要求分析明白,对象分析清楚。然后再去写代码,思路就会很清晰。 

下面看一下交通灯管理系统。

要求:

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。

 

Ø  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)。

 

Ø  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。

 

Ø  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。

 

看完要求就需要开始分析。

 

首先画图分析总共有多少条路线,看图:

 

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,右转弯的灯可以假设称为常绿状态,另外,其他的8条线路是两两成对的,为4组,所以,程序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,这四条路线相反方向的路线的控制灯跟随这4条路线切换,不必另外考虑。

 

然后进行面向对象的分析与设计。

 

首先想到路,12条路都有名字,路上有车。所以应有Road类,类中有name和vechicles属性。车随时上路,用缓冲池模拟车上路,然后每秒检查等是否绿,绿了就放一辆车,用缓冲池的调度。

 

其次是信号灯,12条线路12个灯,右转弯可以设置为常亮的不用考虑。其它8 个两两相对可以设为四组。灯的设计用枚举来实现,每一个枚举元素都包含相对方向的灯opposite,下一个亮的next和灯是否为绿lighted等三 个属性。light()方法,某个灯变绿时,相对的灯也要变绿,blackout()方法,某个灯变红时,相应的灯也变红,同时下一个灯变绿。

然后再构建一个灯的控制类。其中有一个当前等currentLamp属性和一个灯控制方法lampController().

Ø

 

 

上面几个类做好了在写主函数。主函数内部创建12条路,启动灯控制。项目分析就完成了。

 

(一)Road类
  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。
源码如下:
 package org.it315.interview.traffic;

 

import java.util.ArrayList;

import java.util.List;

import java.util.Random;

import java.util.concurrent.Executors;

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 IBM

 *

 */

public class Road {

    private String direction;

    private List vehicles = new ArrayList();

    

    public Road(String dir){

        this.direction = dir;

        //模拟车辆不断上路的过程

        Executors.newSingleThreadExecutor().execute(

                new Runnable(){

                    public void run(){

                        for(int i=1;i<1000;i++){

                            vehicles.add(direction + ":" + i);

                            //System.out.println("add " + direction + ":" + i);

                            try {

                                Thread.sleep(new Random().nextInt(2000));

                            } catch (InterruptedException e) {

                                e.printStackTrace();

                            }

                        }

                    }

                }

        );

        

        //每隔一秒检查对应的灯是否为绿,是则放行一辆车

        Executors.newScheduledThreadPool(1).scheduleAtFixedRate(

                new Runnable(){

                    public void run(){

    

                        Lamp lamp = Lamp.valueOf(direction);

                        if(lamp.isLighted()){

                            if(vehicles.size() >0)

                                System.out.println(vehicles.remove(0) + " is traversing ");

                        }

                    }

                }, 

                1, 

                1,

                TimeUnit.SECONDS);

    }

    

}

 

 

(二)Lamp类
  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对象之前,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。
源码如下:
 package org.it315.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,一组等同时变绿或变红,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 IBM

 *

 */

/**/

 

public enum Lamp{

    /*每个枚举元素各表示灯控制的一个方向*/

    S2N("N2S",false,"S2W"),S2W("N2E",false,"E2W"),

    E2W("W2E",false,"E2S"),E2S("W2N",false,"S2N"),

    /*由南向东和由西向北不受红绿灯的控制,所以,可以假想它们总是绿灯*/

    S2E("N2W",true,"S2E"),E2N("W2S",true,"E2N"),

    /*下面元素表示与上面的元素的相反方向的灯,其中所有的参数值不重要,应忽略不计!*/

    N2S(null,false,null),N2E(null,false,null),W2E(null,false,null),

    W2N(null,false,null),

    N2W(null,true,null),W2S(null,true,null);

    

 

    /*灯是否为绿*/

    private boolean lighted;

    /*与灯同时为绿的对应方向*/

    private String opposite;

    /*灯变红时下一个变绿的灯*/

    private String next;

    

    private Lamp(String opposite,

                boolean lighted,String next){

        this.opposite = opposite;

        this.lighted = lighted;

        this.next = next;

    }

    

    /**

     * 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 lampOpposite = Lamp.valueOf(opposite);

            lampOpposite.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!");

    }

    

    public boolean isLighted(){

        return lighted;

    }

    

    /**

     * 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 lampOpposite = Lamp.valueOf(opposite);

            lampOpposite.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;

    }

}

 

(三)LampController类
  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将当前灯变红和将下一个灯变绿。
源码如下:
 package org.it315.interview.traffic;

 

import java.util.concurrent.Executors;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

 

public class LampController {

    private static LampController instance = new LampController();

    

    public static LampController getInstance(){

        return instance;

    }

    

    private Lamp currentLamp = null;

    private LampController(){

        //刚开始让由南向北的灯变绿;

        currentLamp = Lamp.S2N;

    }

    

    public void start(){

        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*/

        Executors.newScheduledThreadPool(1).scheduleAtFixedRate(

                new Runnable(){

                    public void run(){

                        currentLamp = currentLamp.blackOut();

                    }

                }, 

                10, 10, TimeUnit.SECONDS);      

    }

}

 

(四)MainClass类
  1.用for循环创建出代表12条路线的对象。
  2.接着再获得LampController对象并调用其start方法
源码如下:
 package org.it315.interview.traffic;

 

public class MainClass {

 

    /**

     * @param args

     */

    public static void main(String[] args) {

        

        /*产生12个方向的路线*/

        String [] directions = {"S2N","N2S","S2W","N2E","E2W","W2E",

                                "E2S","W2N","S2W","N2W","E2N","W2S"};

        for(int i=0;i<directions.length;i++){

            new Road(directions[i]);

        }

        

        /*产生整个交通灯系统*/

        LampController.getInstance().start();

        

    }

 

}

  

 

 

 

 

 

 

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