黑马程序员_交通灯系统

---------- android培训、java培训、java学习型技术博客、期待与您交流！ ------------

一、需求分析

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。
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。
二、面向对象的分析与设计
在这程序中我们首先要明白要模拟的交通系统中的路线的设计，在一个十字路口中应该有十二条路线，如果我们用字母N表示北面方向、字母S表示南面方向、字母E表示东面方向、字母W表示西面方向，那么十二条路线就可以表示成如下的形式：
S2N， S2W， S2E，E2W， E2S， E2N，N2S ， N2E， N2W，W2E ， W2N， W2S。
    为了使程序简化我们可以将这十二条路线分成三类，前进、左拐和右拐，并且我们可以假设每条路线都有一个红绿灯对其进行控制，右拐的4条路线的控制灯可以假设称为常绿状态，另外，其它8条路线是两两成对的，可以归为4组，所以，程序只需考虑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，不必再考虑。这样我们在考虑问题的时候就可以只考虑一个方向的，并将四个方向按照顺序考虑。
   在这个系统中所有的对象是：红绿灯、红绿灯的控制系统、交通路线和车辆。汽车并不是看到所在路线对应的灯绿了就穿过路口，还要看其前面是否有车，而前面是否有车需要通过路知道，因为路中存储着车辆的集合，显然路上就应该有增加车辆和减少车辆的方法了。并且这里并不要体现车辆移动的过程，只是捕捉出车辆穿过路口的过程，也就是捕捉路上减少一辆车的过程，所以，这个车辆并不需要单独成为一个对象，用一个字符串表示就可以了。从这里我们可以学到面向对象设计的一个重要的经验：谁拥有数据，谁就对外提供操作这些数据的方法。在设计一个类是关键是要找出数据的拥有者。
  基于以上的分析，可以做出以下的设计：
1、每条路线上都会出现多辆车，路线上要随机增加新的车，在路灯期间还要每两秒减少一辆车。
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，即表示穿过了路口。
2、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个灯依次轮流变亮，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，都伴随着下一个灯的变亮，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。
三、具体类的分析和设计
本系统由 Lamp.java ， LampController.java ， Road.java 和MainClass.java组成。
1、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类设计成枚举的形式更加方便。每个Lamp对象中的亮黑状态用light变量表示，选用S2N， S2W， E2W， E2N这四个方向上的Lamp对象依次轮询变量，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属性必须设置成null，以便防止light和blackOut进入死循环。
2、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”的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，每隔一秒检查方向的灯是否为绿，是则打印车辆集合和将集合中的第一辆车移除掉。
3、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。
4、MainClass类的编写
首先用for循环创建代表12条路线的对象。接着再获得LampController对象并调用其start方法。