本文介绍了一个交通灯管理系统的模拟实现，系统能够异步随机生成不同方向的车辆，并根据简化版的交通规则控制车辆通行。使用Java语言实现了核心逻辑，包括路线、交通灯及控制器等关键组件。
交通灯管理系统
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。
思路分析：
l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。
Ø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。
Ø每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存。
Ø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。
l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。
Ø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。
Ø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。
Ø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。
Ø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。
Ø设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。
代码模块
Road类
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。
l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）。
l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 {
private List<String> vechicles= new ArrayList<String>();
private String name=null;
public Road(String name){
this.name=name;
ExecutorService pool=Executors.newSingleThreadExecutor();//产生一个线程池
pool.execute( new Runnable(){
public void run(){
for(int i=0;i<1000;i++){
try {
Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);//1-10秒随机
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
vechicles.add(Road.this.name+"_"+i);//Road.this.name:访问外部类的成员变量
}
}
});
ScheduledExecutorService timer= Executors.newScheduledThreadPool(1);//定时器
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 !");
//vechicles.remove(0)返回的是移除的值
}
}
}
},
1,
1,
TimeUnit.SECONDS);
}
}
交通灯Lamp类
l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。
l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。
l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。
l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 {
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);
private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){//枚举构造方法必须是private类型；
this.opposite=opposite;
this.next=next;
this.lighted=lighted;
}
private Lamp(){
}
private boolean lighted;
private String opposite;
private String next;
public boolean isLighted(){
return lighted;
}
public void light(){
this.lighted=true;
if(opposite !=null){
Lamp.valueOf(opposite).light();
}
System.out.println(name()+"Lamp is green,下面共应该有6个方向能看到汽车穿过");
}
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();//枚举静态方法valueof 传进对象名，返回对象
}
return nextLamp;
}
}
交通灯控制系统LampController类
l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。
lLampController构造方法中要设定第一个为绿的灯。
lLampController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 {
// private static final TimeUnit TimeUnit.SECONDS = null;
private Lamp currentlamp;
public LampController(){
currentlamp= Lamp.S2N;
currentlamp.light();
ScheduledExecutorService timer= Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
public void run(){
System.out.println("来啦");
currentlamp= currentlamp.blackOut();
}
},
10,
10,
TimeUnit.SECONDS);
}
}
MainClass类
l用for循环创建出代表12条路线的对象。
l接着再获得LampController对象并调用其start方法。
public class MainClass {
public static void main(String[] args) {
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]);
}
new LampController();
}
}
运行结果：
来啦
绿灯从S2N------>>切换为S2W
N2ELamp is green,下面共应该有6个方向能看到汽车穿过
S2WLamp is green,下面共应该有6个方向能看到汽车穿过
S2W_0is traversing !
N2E_0is traversing !
S2W_1is traversing !
N2E_1is traversing !
N2W_1is traversing !
S2W_2is traversing !
W2S_1is traversing !
E2N_2is traversing !
S2W_3is traversing !
E2N_3is traversing !
S2W_4is traversing !
N2W_2is traversing !
S2E_2is traversing !
N2E_2is traversing !
N2W_3is traversing !
学习总结
跟着张老师的思路，一步一步跟着视频把代码敲出来，代码本身基本都能理解，感觉这个设计模式太难了，如果自己设计，根本无从下手，如果能有这个设计思路，真的还有很长的一段路要走，通过这个系统，对Executors类有了初步的认识，通过这个类产生线程池和设置定时器真是非常简洁方便；
Executors产生线程：
ExecutorService pool=Executors.newSingleThreadExecutor();//产生一个线程池
pool.execute( new Runnable(){
public void run(){
for(int i=0;i<1000;i++){
try {
Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);//1-10秒随机
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
vechicles.add(Road.this.name+"_"+i);//Road.this.name:访问外部类的成员变量
}
}
});
定时器：
ScheduledExecutorService timer= Executors.newScheduledThreadPool(1);//定时器
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 !");
//vechicles.remove(0)返回的是移除的值
}
}
}
},
10,
10,
TimeUnit.SECONDS);
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