交通灯管理系统

最新推荐文章于 2014-09-25 12:32:26 发布

代码学者

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分类专栏： java基础

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模拟实现十字路口交通灯管理系统逻辑：

1. 异步随机生成按照各个路线行驶的车辆

例如：由南向北的车辆-------------直行车辆

由西往南的车辆--------------------右转车辆

由东往南的车辆--------------------左转车辆

2. 信号灯：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的控制

4.具体信号灯控制逻辑与现实生活中的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方行，同方向等待车辆应该先放行直行车辆而后放行左转车辆

4. 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）

5. 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

（上图由第22届javaEE+Android技术交流区黑友赵晓东同学绘制分享在此借鉴）

图分析：总共12条路线，为了统一编程模型，可以假设每条路线都有对应的红绿灯对其控制，右转弯的4条路线的控制灯假设为常绿状态，另外其他的8条路线是两两成对的，可以分为4组，所以，程序组只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四个路线切换，不必额外考虑

LampController类的编写：

1．整个系统中只有一个交通灯管理系统，所以，LampController类最好设计成单利

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秒钟将当前灯变红和将下一个灯变绿

面向对象的分析和设计：

（一）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。

（二）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。

代码如下：

（一）Road类
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。

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;

/**
 * 
 * 路线类:定时器控制(让线程睡眠)集合每隔一段时间产生一辆车，当灯是绿的时候删除一辆车（表示该车已经通过）
 *
 */
public class Road {

	private List<String> vechicles=new ArrayList<String>();  //创建“车”的集合 ,车由String对象表示
	private String name;  //路线的名字
	
	/**
	 * 
	 * 路线名字的构造方法，并在1到10秒之间产生一辆车
	 */
	public Road(String name){
		
		this.name=name;
		
	    ExecutorService pool=Executors.newSingleThreadExecutor();     //产生一个线程池
	   
	    
	    pool.execute(  new Runnable(){    //线程池中空闲的线程去执行

			
			public void run() {
				

				for(int i=0;i<1000;i++){    //产生路线上的车：想车的集合中添加车名
					
					try {
						Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);
					} catch (InterruptedException e) {
						
						e.printStackTrace();
					}  
					
					vechicles.add(Road.this.name+"_"+i);    //访问外部类的成员变量：类名.this.变量名
					
				}
				
				
			}    

			
		
	    });
	    
	    ScheduledExecutorService timer=Executors.newScheduledThreadPool(1);  //创建一个定时器
	    timer.scheduleAtFixedRate(
	    		new Runnable(){     //定时器控制的方法

					
					public void run() {
					  if(vechicles.size()>0){   //当路上有车的时候
						  
						  boolean lighted=Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();        //当绿灯亮的时候
						  if(lighted){
							System.out.println(vechicles.remove(0)+"      this traversing!");  
						  }
					  }
						
					}}, 
	    		1,         //过1秒之后执行Runnable（）方法
	    		1,         //Runnable（）方法执行后在过1秒之后接着执行Runnable（）方法
	    		TimeUnit.SECONDS);   //什么时间单位：秒
		
		
	}
}

（二）Lamp类
1.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。
2.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。
3.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。
4.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","S2E",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),    //12个灯
	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 boolean lighted;    //灯是否是亮的
	public boolean isLighted(){    
		return lighted;
	}
	
	
	
	private String opposite;    //对应的灯的名字
	private String next;        //下一个灯
	private Lamp(String opposite ,String next,boolean lighted){  
		
		this.opposite=opposite;
		this.next=next;
	    this.lighted=lighted;
		
	}
	
	
	
	
	public void light(){      //灯是绿 灯
		this.lighted=true;
		if(opposite!=null){    //如果有对应的灯，那么对应的灯亮
			
			Lamp.valueOf(opposite).light();   //调用枚举valueOf（元素名）方法，通过枚举内对象的名字找到枚举对象
			//opposite.light();
		}
		System.out.println(name()+"灯是绿灯，下面总共有六个方向能看到汽车穿过");
		
	}
	public Lamp blackOut(){   //灯不是绿灯
		this.lighted=false;
        if(opposite!=null){   //如果有对应的灯，对应的灯不亮
			
			Lamp.valueOf(opposite).blackOut();  
	     }
        
        
           Lamp nextLamp=null;          //如果有下一个灯，就让下一个灯亮
           if(next!=null){
        	   nextLamp=Lamp.valueOf(next);
        	   System.out.println("绿灯从"+name()+"-----切换成------->"+next);
        	   nextLamp.light();
        	   
        	   
           }
           return nextLamp;
      
        
        

}
	}

（三）LampController类
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。

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

/**
 * 
 * 灯的控制器
 *
 */
public class LampController {
	
	private   Lamp   currentLamp;  //当前灯
	
	public LampController(){
		
		currentLamp=Lamp.N2S;   //当前的灯是北往南的灯
		currentLamp.light();   //灯是亮的
		
		ScheduledExecutorService   timer=Executors.newScheduledThreadPool(1);  //创建定时器
		timer.scheduleAtFixedRate(     //设定定时器
				new Runnable(){
					public void run(){
						currentLamp=currentLamp.blackOut();
					}
				}, 
				2, 
				2, 
				TimeUnit.SECONDS);
		
	}

}

（四）MainClass类
1.用for循环创建出代表12条路线的对象。
2.接着创建出LampController对象。

public class MainClass {

	/**
	 *测试类
	 */
	public static void main(String[] args) {
		String [] directions=new String[]{        //创建路线的集合：确定路线
			"S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"
				
		};
		
		for(int i=0;i<directions.length;i++){    //在这个路线下不断的产生车
			
			new Road(directions[i]);
			
		}
		
		
		new LampController();   //创建控制器让一个灯开始亮，对应的路线开始产生车
		

	}

}