黑马程序员——交通灯管理系统

最新推荐文章于 2015-04-14 15:42:17 发布

原创最新推荐文章于 2015-04-14 15:42:17 发布 · 483 阅读

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#面向对象 #异步 #线程池

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一、

模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：

Ø 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

。。。

Ø 信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。

Ø 应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。

Ø 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。

二、面向对象的分析与设计。

1.场景分析：

A.十字路口有两条道路，每条道路有两个方向，每个方向又分直行、向左行和向右行，所以总共有12条路线。如图：

B.方向相对的路线的灯总是同时为绿灯或红灯，所以只需要考虑一个方向，因此需要考虑的路线减少为6条。

C.又因为向右行驶的的车辆不受交通灯的影响，所以只需要考虑直行方向和向左行驶的方向，因此最终需要考虑的路线只有4条。

D.根据以上分析，以从南、东行驶过来的方向为基准，即只需考虑南——>北、南——>西、东——>西、东——>南四条路线。

2.与业务相关的对象，显然只有交通灯、道路（12条路）、车、交通灯控制系统。

3.为了统一编程模型，假设每条路线都有一个交通灯，只不过向右行驶的交通灯总是绿色的。

4.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。

A.设计一个Road类，每个Road对象代表一条路线，总共有12条路线，即系统中总共有12个Road对象。

B.每个Road对象内保存一个集合，用于保存路线上随机增加新的车。

B.每个Road对象每隔1秒钟要检查自己所对应的灯是否为绿灯，若为绿灯，该路线每秒减少1辆车，表示这辆车穿过路口。

5.设计一个Lamp类。

A.每条路线都有一个Lamp对象（灯），总共有12个灯，可以变绿或变红。

B.四条基准路线对应的灯负责将自己变绿或变红。

C.当前灯变绿时，通知相对路线的灯变绿。

D.当前灯变红时，通知相对路线的灯变红，通知下一个路线的灯变绿。

6.交通灯控制系统每个10秒钟，通知当前绿灯变为红灯。

三、编写程序。

Road类的编写：

1.每个Road对象都有一个name成员变量来代表方向，与该路线对应的灯对象名相同，便于访问该路线的灯，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，表示有车穿过路口。

package com.isoftstone.interview.traffic;

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;

/**
 * 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 
 *
 */
public class Road {
	//代表一个队列集合，先进先出，即在前面的车辆先过路口
	private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();
	//路线的名字
	private String name =null;
	public Road(String name){
		this.name = name;
		//创建只有一个线程的线程池
		//模拟车辆不断随机上路的过程		
		ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
		pool.execute(new Runnable(){
			//线程执行体
			public void run(){
				for(int i=1;i<1000;i++){
					try {
						Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
					//表示该路线有车行驶过来
					vechicles.add(Road.this.name + "_" + i);
				}				
			}
			
		});
		
		//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);
		timer.scheduleAtFixedRate(
				new Runnable(){
					public void run(){
						if(vechicles.size()>0){
							//获取该路线灯的状态
							boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
							if(lighted){
								//是绿灯，穿过一辆车
								System.out.println(vechicles.remove(0) + " is traversing !");
							}
						}
						
					}
				},
				1,
				1,
				TimeUnit.SECONDS);
		
	}
}

Lamp类的编写：

12条路线就有12个灯，每条路线根据灯的名字获取对应的灯对象，因此考虑使用枚举更简单。

1.灯的绿、红状态应该有个属性(lighted)保存

2.变绿、变红通过light()、setBlackOut()方法实现

3.当前灯还应该指引着相对的灯（属性opposite）的状态与自己的相同

4.当前灯变红时，通知下一个灯（属性next）变绿。

package com.isoftstone.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。
 * @author 张孝祥 www.it315.org
 *
 */
/**/

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);
	
	private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){
		this.opposite = opposite;
		this.next = next;
		this.lighted = lighted;
	}


	/*当前灯是否为绿*/	
	private boolean lighted;
	/*与当前灯同时为绿的对应方向*/	
	private String opposite;
	/*当前灯变红时下一个变绿的灯*/	
	private String next;
	public boolean isLighted(){
		return lighted;
	}
	
	/**
	 * 某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿
	 */	
	public void light(){
		this.lighted = true;
		if(opposite != null){
			Lamp.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！");
		
	}
	
	/**
	 * 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 blackOut(){
		this.lighted = false;
		//如果有对应的灯，设置对应灯的状态与自己相同
		if(opposite != null){
			Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
		}		
		
		Lamp nextLamp= null;
		//如果有指引有下一个灯，将其变绿
		if(next != null){
			nextLamp = Lamp.valueOf(next);
			System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next);			
			nextLamp.light();
		}
		//返回绿色的灯
		return nextLamp;
	}
}

LampController类的编写：

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秒将当前灯变红和将下一个灯变绿。

package com.isoftstone.interview.traffic;

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class LampController {
	private Lamp currentLamp;
	
	public LampController(){
		//刚开始让由南向北的灯变绿;		
		currentLamp = Lamp.S2N;
		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*/	
		//一个定时器
		ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);
		timer.scheduleAtFixedRate(
				new Runnable(){
					public  void run(){
						//时间到将当前灯变红，并将下一个灯变绿，当前灯始终是绿的
						currentLamp = currentLamp.blackOut();
				}
				},
				10,
				10,
				TimeUnit.SECONDS);
	}
}

MainClass类的编写：

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方法启动交通灯控制系统。

package com.isoftstone.interview.traffic;

public class MainClass {

	/**
	 * @param args
	 */
	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]);
		}
		
		/*产生整个交通灯系统*/		
		new LampController();
	}

}

交通灯管理系统，每条路线不断有新的车辆行驶过来，交通灯控制系统每隔10秒将当前灯由绿灯变为红灯，当前灯通知方向相对的灯变为红灯，通知下一个灯变为绿灯，下一个灯也通知方向相对的灯变为绿灯，绿灯的路线的车辆依次穿过路口，如此反复循环，就是程序运行的过程。