本文介绍了一个交通灯管理系统的设计方案，包括使用多线程随机生成车辆、利用枚举和集合控制交通灯状态转换等内容。
黑马程序员----面试题之交通管理系统
涉及知识点：
面向对象基本知识
多线程
枚举
集合
需求：
交通灯管理系统的项目需求
1， 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
。。。
2， 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控制。
4，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。
注意：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。
5， 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）。
6， 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。
7， 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。
由需求导向分析的过程
交通灯管理系统的项目需求
1， 异步随机生成按照各个路线行驶的车辆。
所以需要有多线程，路线，车辆，计时器的参与
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
。。。
有12条路线
2， 信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。
所以有信号灯的参与，信号灯由两个状态。
3， 应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。
信号灯在4条路线上一直是绿灯，其余路线上信号灯受到控制。
4，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。
注意：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。
信号灯顺序：南北直行，南北左转，西东直行，西东左转。
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）。
信号灯要受到控制，信号灯控制器
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。
随机时间，车辆聚集，车辆减少，车辆存在于集合中
7， 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。
明确系统运行流程：
在一条路线（北南方向）上，当车遇到红灯的时候，车聚集在路线上不过路口（除了右转的车）。当红灯转绿灯时，车（北南方向）按先来先走的顺序按顺序离开，等北南方向变红灯后，左转方向的等在北南方向的车的再走，等左转的车对应的信号灯也变为红灯后，即西北方向直行的信号灯由红变绿，西北方向的直行车走直到信西北直行信号灯变红。再西北左转信号灯由红变绿。
对老师的分析与设计思路的观察
1、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。（具体分析一条路线会出现的状况得出设计思路）
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。（顺理成章）
每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存。（路线的属性，集合的运用）
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。（路线的功能，所以用构造方法）
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。（路线自身的功能，所以用构造方法）
2、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。
总共有12条路线，所以，系统中总共要产生12个交通灯。（交通灯的属性和方法分析）
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。（特殊情况的分析）
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，（通过观察现实进行分析）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，（信号灯中的变量）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（信号灯的方法）。每个灯变黑时，都伴随者下一个灯的变亮（信号灯的伴随方法），Lamp类中还用一个变量来记住自己的下一个灯。（信号灯的变量）
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。（枚举的运用）
设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。（对象的提取）
路线的分析与设计思路
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。（具体分析一条路线会出现的状况得出设计思路）
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。（顺理成章）
每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存。（路线的属性，集合的运用；车的增加）
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。（路线的功能，所以用构造方法；车的移除）
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。（路线的功能，所以用构造方法）
总结对路线的分析
所以，路线应该要：运用集合放置车辆；路线的构造函数要隔秒检查绿灯移车，并且在随机时间内增加车。在程序中，用定时器，以便保证隔秒检查；用线程，线程内部调用sleep（）方法和随机数获得随机时间。
老师的分析
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。
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）。
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;
/**
* 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。
*
*/
public class Road
{
private List<String> vechicles = newArrayList<String>(); //存入与移除车辆的集合，车辆代号用String
private String name =null; //车辆代号
/*在这个构造函数中,传回哪个方向的车,
先开启一个线程池用于产生车辆,一个定时器用于观察交通灯状态*/
public Road(String name)
{
this.name =name; //车辆代号的初始化
//模拟车辆不断随机上路的过程
//使用线程池，通过产生单个线程的方法，创建一个线程池
ExecutorServicepool= Executors.newSingleThreadExecutor();
pool.execute(new Runnable()
{
public void run()//覆盖run（）方法
{
for(inti=1;i<1000;i++)
{
try
{
Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) *1000); //暂停随机时间
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
vechicles.add(Road.this.name + "_" +i); //添加不同代码的车进入集合（上路）
}
}
});
//每隔一秒检查对应的灯是否为绿，是则放行一辆车//产生一个单线程，创建定时器
ScheduledExecutorServicetimer= Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable()
{
public void run()
{
//判断路上是否有车，有则进行相应的操作
if(vechicles.size()>0)
{
boolean lighted= Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted(); //返回灯的状态
//每隔1秒让车通行，通行前要先判断灯是否亮，亮了才能通行，即从集合中移除
if(lighted)//是绿灯
{
System.out.println(vechicles.remove(0)+ "istraversing !"); //车通过
}
}
}
},1, 1, TimeUnit.SECONDS);
}
}
交通灯的分析与设计思路
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。
总共有12条路线，所以，系统中总共要产生12个交通灯。（交通灯的属性和方法分析）
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。（特殊情况的分析）
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，（通过观察现实进行分析）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，（信号灯中的变量）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（信号灯的方法）。每个灯变黑时，都伴随者下一个灯的变亮（信号灯的伴随方法），Lamp类中还用一个变量来记住自己的下一个灯。（信号灯的变量）
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。（枚举的运用）
设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。（对象的提取）
总结交通灯的分析
通过对要求的分析，可以得到属性，函数。所以有交通灯使用枚举，枚举有12个元素；每个元素要有三个属性，本元素的灯，相反方向的灯和下一个灯；交通灯自身要有变红与变绿的方法，且变红方法意味着彼端方向的灯变绿；针对12个元素，4个（S2N、S2W、E2W、E2N）应该依次变绿（红），且反方向灯要同样变化；还有4个元素（n2s 、n2e 、w2e 、w2n ）中的属性要设置为空；最后四个元素（s2e,n2w ，e2n,w2s ）要始终保持为绿灯。
老师的分析：
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。
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。
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。
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。
代码：
/**
* 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(Stringopposite,String next,boolean lighted){ //构造函数
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;
//灯的判断是否亮的方法
public booleanisLighted(){
return lighted;
}
/**让这个方向的等亮起来
* 某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿
*/
public voidlight(){
this.lighted = true;
if(opposite != null){
Lamp.valueOf(opposite).light(); //点亮对应方向的灯
}
System.out.println(name() + "lampis 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 LampblackOut(){
this.lighted= false; //使灯变红
if(opposite!= null){
Lamp.valueOf(opposite).blackOut(); //使对应方向的灯也变红
}
Lamp nextLamp= null;
if(next!= null){
//当前灯变绿了，让对应的灯也变绿
nextLamp=Lamp.valueOf(next);
System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" +next);
nextLamp.light();
}
return nextLamp;
}
}
lampController分析：
1， 对系统中灯的状态的初始化
2， 保持交通灯运行流程的持续性
LampController类
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*/
ScheduledExecutorServicetimer= Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
public void run(){
System.out.println("来啊");
currentLamp= currentLamp.blackOut(); //获取返回的下一个方向的灯
}
},
10,
10,
TimeUnit.SECONDS);
}
MainClass类
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。
public class MainClass{
/**
* @param args
*/
public static void main(String[]args) {
/*产生12个方向的路线*/
String [] directions= newString[]{
"S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"
};
for(inti=0;i<directions.length;i++){
new Road(directions[i]);
}
/*产生整个交通灯系统*/
new LampController();
}
}
打印结果：
/*N2S lamp isgreen-----有六个方向的车经过
S2N lamp is green-----有六个方向的车经过
N2S_1 is traversing !
S2N_1 is traversing !
N2W_1 is traversing !
S2N_2 is traversing !
E2N_1 is traversing !
S2E_1 is traversing !
S2N_3 is traversing !
N2S_2 is traversing !
S2N_4 is traversing !
开始跑吧
绿灯从S2N-------->切换为S2W
N2E lamp is green-----有六个方向的车经过
S2W lamp is green-----有六个方向的车经过
W2S_1 is traversing !
S2E_2 is traversing !
N2W_2 is traversing !
S2W_1 is traversing !
W2S_2 is traversing !
E2N_2 is traversing !
S2E_3 is traversing !
E2N_3 is traversing !
S2E_4 is traversing !
开始跑吧
绿灯从S2W-------->切换为E2W
W2E lamp is green-----有六个方向的车经过
E2W lamp is green-----有六个方向的车经过
E2W_1 is traversing !
N2W_3 is traversing !
E2W_2 is traversing !
W2E_1 is traversing !
E2W_3 is traversing !
E2N_4 is traversing !
E2W_5 is traversing !
W2S_5 is traversing !
N2W_5 is traversing !
W2E_4 is traversing !
*/
reference：http://blog.youkuaiyun.com/guyp610/article/details/8228297
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