交通灯管理系统-优快云博客

本文介绍了一个模拟实现的十字路口交通灯管理系统，系统采用异步随机生成车辆的方式，并通过线程Sleep模拟车辆通过路口的时间。文章详细阐述了面向对象的设计思路，包括如何设计Road类、Lamp类以及LampController类等。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

题目介绍

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。

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。

思路分析

首先要分析好题目需求，就是这个十字路口行车方向，如果想不清楚就画图，画图有助于理解和分析问题，不要凭空想象

说实话，再做这道题之前，我一直以为十字路口有24个方向，因为我用的8*4，今天才发现自己错了，重复算了。应该是12个方向

我们用英文首字母代表东西南北四个方向：S--South南，E--East东，E--North北，W--West西，那么车辆行驶方向一共有十二个分别是S2N,S2W,E2W,E2S,N2S,N2E,W2E,W2N,S2E,E2N,N2W,W2S;

由于右转方向（S2E,E2N,N2W,W2S）上的车辆与其他方向上没有交叉，可以一直行驶，我们不用考虑，这样就剩8个方向，我们首先从南开始，S2N和与之对应的N2S这两个方向上车是可以同时行驶的也就是图中的1，当这两个方向停止后，2（S2W，N2E）开始行驶，然后是3（E2W，W2E），最后是（E2S，W2N），之后有轮到1（S2N，N2S），这样我们就将这八个方向分成了4组。

那么我们该如何从面向对象的角度来设计程序呢？我们初步设想一下有哪些对象：红绿灯，红绿灯的控制系统，汽车，路线。汽车看到自己所在路线对应的灯绿了就穿过路口吗？不是，还需要看其前面是否有车，看前面是否有车，该问哪个对象呢？该问路，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。再看题目，我们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，这个车并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。
面向对象设计把握一个重要的经验：谁拥有数据，谁就对外提供操作这些数据的方法

具体思路：

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。

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。

public class Road {
	// 路上的交通工具用集合表示
	private List<String> vehicles = new ArrayList<String>();
	// 每条路的名字
	private String name;

	// 每条路一产生首先就有一个名字
	public Road(String name) {
		this.name = name;
		// 线程池
		ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
		//使用匿名内部类创建线程
		pool.execute(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				for(int i=1;i<1000;i++){
					try {
						//使用随机数设置每辆车增加的间隔时间（1-10秒）
						Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
					vehicles.add(Road.this.name+"_"+i);
				}
			}
		});
		//定时器,创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
		ScheduledExecutorService timer=Executors.newScheduledThreadPool(1);
		/*创建并执行一个在给定初始延迟后首次启用的定期操作，后续操作具有给定的周期；
		也就是将在 initialDelay 后开始执行，然后在 initialDelay+period 后执行，
		接着在 initialDelay + 2 * period 后执行，依此类推。*/
		timer.scheduleAtFixedRate(
				new Runnable() {
					
					@Override
					public void run() {
						if(vehicles.size()>0){
							boolean lighted=Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
							if(lighted){
								//remove(int index)根据索引删除集合中的元素,返回的是删除的对象
								//remove(Object obj)移除此列表中首次出现的指定元素（如果存在）,返回的是boolean
								System.out.println(vehicles.remove(0)+"_is traversing");
							}
						}
					}
				}, 
				1, //过多长时间去做这件事
				1, //这件事做完之后过多长时间再做这件事
				TimeUnit.SECONDS);//设置时间单位：秒

	}
}

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。

public enum Lamp {
		//车辆行驶的12个方向
		S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),
		N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),
		S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true);
		
		//与当前方向相对的方向,这里不能用枚举的成员表示，因为在成员出现之前你我们就要用到，
		//所以定义成字符串，可以用valueOf方法进行转换
		private String opposite;
		//下一个方向
		private String next;
		//是否点亮（变绿）
		private boolean lighted;
		
		//构造函数，枚举的构造函数必须私有
		private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){
			this.opposite=opposite;
			this.next=next;
			this.lighted=lighted;
		}
		//判断是否为绿灯
		public boolean isLighted(){
			return lighted;
		}
		/**
		 * 某个灯变绿时，它对应方向的灯(如果有的话)也要变绿
		 */	
		public void light(){
			this.lighted=true;
			//要先判断是否有对应的方向，有的话才能使用valueOf
			if(opposite!=null){
				Lamp.valueOf(opposite).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！");
		}
		
		/**
		 * 将本身线路上的灯变红，并将相反方向上的灯也变红，将下一个灯返回
		 */	
		public Lamp blackOut(){
			this.lighted=false;
			if(opposite!=null){
				Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
			}
			Lamp nextLamp= null;
			if(next!=null){
				nextLamp=Lamp.valueOf(next);
				//name()返回此枚举中常量的名称
				System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + this.next);	
				nextLamp.light();
			}
			return nextLamp;
		}
}

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。

public class LampController {
	//初始灯
	private Lamp currentLamp;
	private static LampController lampController=new LampController();

	private  LampController(){
		//刚开始让由南向北的灯变绿;		
		currentLamp = Lamp.S2N;
		currentLamp.light();
		//计时器 每隔10秒钟让当前灯变红
		ScheduledExecutorService timer=Executors.newScheduledThreadPool(1);
		timer.scheduleAtFixedRate(
				new Runnable() {
					@Override
					public void run() {
						currentLamp = currentLamp.blackOut();
					}
				}, 
				1, 
				10, 
				TimeUnit.SECONDS);
	}
	//单例模式，对外提供方法返回本类对象
	public static LampController start(){
		return lampController;
	}
}

MainClass类的编写
用for循环创建出代表12条路线的对象。
接着再获得LampController对象并调用其start方法。

public class MainClass {
	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]);
		}

		/* 启动整个交通灯系统 */
		LampController.start();
	}
}