黑马程序员——交通灯调度系统

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,并根据简化后的交通灯逻辑控制车辆通行,包括直行、左转车辆的控制及不受信号灯限制的右转车辆。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

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:

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。

设计思路

    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。
       总共有12条路线,为了统一编程模型,可以假设每条路线都有一个红绿灯对其进行控制,右转弯的4条路线的控制灯可以假设称为常绿状态,另外,其他的8条线路是两两成对的,可以归为4组,所以,程序只需考虑图中标注了数字号的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,不必额外考虑。

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。
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。
2,每条路线上随机增加新的车辆,增加到一个集合中保存。
3,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
1,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。
2,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,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。
4,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。
5,设计一个LampController类,它定时让当前的绿灯变红。
Road类的编写思路:
1,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。
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。
实例代码:
package com.glbai;

public enum TraficLamp {
	S2N(false,"S2W","N2S"),S2W(false,"E2W","N2E"),E2W(false,"E2S","W2E"),E2S(false,"S2N","W2N"),
	N2S(false,null,null),N2E(false,null,null),W2E(false,null,null),W2N(false,null,null),
	S2E(true,null,null),N2W(true,null,null),W2S(true,null,null),E2N(true,null,null);
	
	//交通灯变绿标识
	private boolean blighted;
	private String nextLamp;
	private String oppositedLamp;
	
	//定义构造函数
	private TraficLamp(boolean bLighted,String nextLamp,String opposiTraficLamp)
	{
		this.blighted=bLighted;
		this.nextLamp=nextLamp;
		this.oppositedLamp=opposiTraficLamp;
	}
	//查看当前灯是否开启
	public boolean isLighted()
	{
		return blighted;
	}
	//点亮当前灯动作
	public void lightOn()
	{
		this.blighted=true;
		if(oppositedLamp!=null)
			TraficLamp.valueOf(oppositedLamp).lightOn();
		System.out.println(name()+"方向的绿灯亮了,有6个方向的车辆可以运行!");
	}
	//当前灯变红,下一组灯亮起
	public TraficLamp lightOff()
	{
		this.blighted=false;
		if(oppositedLamp!=null)
			TraficLamp.valueOf(oppositedLamp).lightOff();
		
		TraficLamp next=null;
		if(nextLamp!=null)
		{
			next=TraficLamp.valueOf(nextLamp);
			next.lightOn();
		}
		System.out.println(name()+"由绿灯变为红灯"+nextLamp.toString()+"绿灯亮起!");
		return next;
	}
}

package com.glbai;

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

public class TraficControllor {
	private TraficLamp currentLamp;
	
	public TraficControllor()
	{
		currentLamp=TraficLamp.S2N;
		currentLamp.lightOn();
		
		ScheduledExecutorService timer=Executors.newScheduledThreadPool(1);
		timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
			
			@Override
			public void run() {
				// TODO Auto-generated method stub
				currentLamp=currentLamp.lightOff();
			}
		}, 
		10,
		10,
		TimeUnit.SECONDS);
	}
}
package com.glbai;

import java.util.List;
import java.util.ArrayList;
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 {
	private String nameString;
	private List<String> vechicles=new ArrayList<String>();
	public Road(String name)
	{
		this.nameString=name;
		ExecutorService pool=Executors.newSingleThreadExecutor();
		pool.execute(new Runnable() {
			
			@Override
			public void run() {
				// TODO Auto-generated method stub
				for (int i = 1; i < 1000; i++) {
					try {
						Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);
					} catch (Exception e) {
						// TODO: handle exception
						e.printStackTrace();
					}
					vechicles.add(Road.this.nameString+"--car "+i);
				}
			}
		});
		
		ScheduledExecutorService monitor=Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
		monitor.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
			
			@Override
			public void run() {
				// TODO Auto-generated method stub
				if(vechicles.size()>0)
				{
					boolean bLighted=TraficLamp.valueOf(Road.this.nameString).isLighted();
					if(bLighted)
						System.out.println(vechicles.remove(0)+" 开始运行……");
				}
			}
		}, 
		1,
		1, 
		TimeUnit.SECONDS);
	}
}

package com.glbai;

public class TraficMain {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		String[] roadStrings=new String[]{
				"S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"
		};
		for (int i = 0; i < roadStrings.length; i++) {
			new Road(roadStrings[i]);
		}
		
		new TraficControllor();
	}

}

注:面向对象涉及的一个重要原则:谁拥有数据谁就提供对外的访问数据的方法。

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