交通灯系统

最新推荐文章于 2025-09-01 13:50:38 发布

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本文介绍如何使用Java编程语言模拟实现一个十字路口的交通灯管理系统，包括异步随机生成车辆、信号灯控制逻辑以及车辆通过路口的时间模拟。

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交通灯系统
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。

在此引用张孝祥老师画的图身份经典

分析

1) 路与交通灯的对应情况

因为右拐弯不受红绿灯影响，那么右转弯的4条路线的控制灯可以假设成为常绿状态。此外，其他的8条路线是成对出现，只是方向不同，可以分为4组，所以，交通灯调度只考虑图中标注了数字的4条路线控制灯的切换顺序，这4条路线相反方向的控制灯跟随这4条路线切换，不必额外考虑。

2) ★ 异步随机生成按照各个路线行驶的车辆：

由东向而来去往西向的车辆-------直行车辆；

由东向而来去往北向的车辆-------右转车辆；

由东向而来去往南向的车辆-------左转车辆；

由南向而来去往北向的车辆-------直行车辆；

由南向而来去往东向的车辆-------右转车辆；

由南向而来去往西向的车辆-------左转车辆；

由西向而来去往东向的车辆-------直行车辆；

由西向而来去往南向的车辆-------右转车辆；

由西向而来去往北向的车辆-------左转车辆；

由北向而来去往南向的车辆-------直行车辆；

由北向而来去往西向的车辆-------右转车辆；

由北向而来去往东向的车辆-------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()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。

3) 运用J2SE的集合、枚举和多线程知识确定程序中的主干类

① 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的车，增加到一个集合中存放。每条路线每秒都要槛车控制本线路的交通灯是否为绿，是则将本路线集合中的第一辆车remove掉，表示顺利通过十字路口。）

② Lamp类：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。）

③ LampController类：它定时让当前的绿灯变红。

④ MainClass类：程序的入口

4) 编写具体的程序来模拟交通灯调度

1) 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；

<pre name="code" class="java">package com.itheima.demo1;
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;
public class Road {
//以String类型的变量模拟随机生成的车，并存储在集合vechicles
private List<String>vechicles = new ArrayList<String>();
private String name = null;
//创建Road构造方法，
public Road(String name) {
this.name = name;
// 模拟车辆不断随机上路的过程
ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
pool.execute(new Runnable() {
public void run() {
for (int i = 1; i < 1000; i++) {
try {
Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
vechicles.add(Road.this.name + "_" + i);
}
}
});

// 每隔一秒钟检查本路线的灯是否为绿，是则放行一辆车(remove集合中的第一辆车)
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
public void run() {
if (vechicles.size() > 0) {
boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
if (lighted) {
System.out.println(vechicles.remove(0)
+ " is traversing !");
}
}
}

},1,1,TimeUnit.SECONDS);

}

}

<pre name="code" class="java">package com.itheima.demo1;
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;
public class Road {
//以String类型的变量模拟随机生成的车，并存储在集合vechicles
private List<String>vechicles = new ArrayList<String>();
private String name = null;
//创建Road构造方法，
public Road(String name) {
this.name = name;
// 模拟车辆不断随机上路的过程
ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
pool.execute(new Runnable() {
public void run() {
for (int i = 1; i < 1000; i++) {
try {
Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
vechicles.add(Road.this.name + "_" + i);
}
}
});

// 每隔一秒钟检查本路线的灯是否为绿，是则放行一辆车(remove集合中的第一辆车)
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
public void run() {
if (vechicles.size() > 0) {
boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
if (lighted) {
System.out.println(vechicles.remove(0)
+ " is traversing !");
}
}
}

},1,1,TimeUnit.SECONDS);

}

}
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），每个交通灯都有变亮和变黑的方法，并且能返回自己的亮黑状态；
<pre name="code" class="java">package com.itheima.demo2;
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;
private Lamp(String opposite, String next, boolean lighted) {
this.opposite = opposite;
this.next = next;
this.lighted = lighted;
}
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
public Lamp blackOut() {
this.lighted = false;
if (opposite != null) {
Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
}
Lamp nextLamp = null;
if (next != null) {
nextLamp = Lamp.valueOf(next);
System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next);
nextLamp.light();
}
return nextLamp;
}
}
<pre name="code" class="java">package com.itheima.demo2;
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;
private Lamp(String opposite, String next, boolean lighted) {
this.opposite = opposite;
this.next = next;
this.lighted = lighted;
}
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
public Lamp blackOut() {
this.lighted = false;
if (opposite != null) {
Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
}
Lamp nextLamp = null;
if (next != null) {
nextLamp = Lamp.valueOf(next);
System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next);
nextLamp.light();
}
return nextLamp;
}
}
设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红:

[java] view plaincopy在CODE上查看代码片派生到我的代码片

<pre name="code" class="java">package com.itheima.demo3;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
class LampController {
private Lamp currentLamp;
public LampController() {
// 初始化：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
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable() {
public void run() {
System.out.println("可以通过");
currentLamp = currentLamp.blackOut();
}
//每隔10秒将当前灯变红和将下一个灯变绿
},10,10,TimeUnit.SECONDS);

}
}
[java] view plaincopy在CODE上查看代码片派生到我的代码片

<pre name="code" class="java">package com.itheima.demo3;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
class LampController {
private Lamp currentLamp;
public LampController() {
// 初始化：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
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable() {
public void run() {
System.out.println("可以通过");
currentLamp = currentLamp.blackOut();
}
//每隔10秒将当前灯变红和将下一个灯变绿
},10,10,TimeUnit.SECONDS);

}
}

设计一个MainClass类来对当前程序进行测试：
[java] view plaincopy在CODE上查看代码片派生到我的代码片

<pre name="code" class="java">package com.itheima.test;
public class MainClass {
public static void main(String[] args) {
// 用for循环创建出代表12条路线的方向对象
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]);
}
// 获得LampController对象并调用其start方法,产生整个交通灯系统
new LampController();
}
}