『黑马程序员』第十二话<交通灯系统>

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1.交通灯管理系统的项目需求

• 异步随机生成按照各个路线行驶的车辆
• 信号灯忽略黄灯，只考虑红灯与绿灯
• 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：南北向车辆与东西车辆交替放行，同向先放直再放左。
• 每辆车通过路口时间为1s（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

• 一、面向对象的分析与设计

  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。

  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。

  2、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。

  
  

  二、Road类的编写

  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。

   

  三、Lamp类的编写

  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。

   

  四、LampController类的编写

  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。

   

  五、MainClass类的编写

  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。

代码：

1.Lamp.java(这里用了枚举，总的十二个灯)  

[java] view plaincopy

1. public enum Lamp {  
2.  //通过对交通灯问题的分析，一共十二条路线通过枚举的方法将每条线路都标注出来  
3.     //但只需考虑四个路线即可  
4. S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),  
5. N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),  
6. S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true);  
7.    
8.  private Lamp(){} //枚举的构造方法必须是私有的,必须有一个无参构造方法  
9.  //opposite是指对面的灯，next是指下一个灯  
10.  private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){  
11.     this.opposite = opposite;  
12.     this.next = next;  
13.     this.lighted = lighted;  
14.  }  
15.  private boolean lighted;//定一个灯亮或不亮的变量  
16.  private String opposite;//对应灯  
17.  private String next;   //下个灯  
18.  public boolean isLighted(){//灯是否亮的方法  
19.     return lighted;  
20.  }  
21.  public void light(){ //定义一个让灯变绿的方法  
22.     this.lighted =true;  
23.     if(opposite !=null){//对应的灯的方法  
24.        Lamp.valueOf(opposite).light();  
25.         
26.     }  
27.     System.out.println(name() + " lamp is green, 下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过");  
28.      
29.  }  
30.   
31.  //在定义一个让灯变红的方法  
32.  public Lamp blackOut(){  
33.     this.lighted =false;  
34.     if(opposite !=null){  
35.        Lamp.valueOf(opposite).blackOut();  
36.     }  
37.      
38.     //初始化下一个灯的状态  
39.     Lamp nextLamp = null;  
40.     //如果下一个灯不为空的时候  
41.     if(next !=null){  
42.        nextLamp = Lamp.valueOf(next);  
43.        System.out.println("绿灯从" + name() +"------------>切换为" +next);  
44.        nextLamp.light();  
45.     }  
46.     return nextLamp;  
47.  }  
48. }  

2.Road.java

[java] view plaincopy

1. import java.util.ArrayList;  
2. import java.util.List;  
3. import java.util.Random;  
4. import java.util.concurrent.ExecutorService;  
5. import java.util.concurrent.Executors;  
6. import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;  
7. import java.util.concurrent.TimeUnit;  
8.    
9. public class Road {//创建容量，用于存储各种类型的车辆  
10.      
11.    //用List类型，是为了面向接口编程  
12.    private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();  
13.    //由于每条路线上有不同的车，且每辆车也有不同的名字，因此这里需要定义车的名字和每条路的方法也就是说每创建一条路就会有一个路的名字  
14.    private String name = null;  
15.    public Road(String name){  
16.       this.name = name;  
17.        
18.       //创建一个线程执行池,利用线程池创建一个线程  
19.       ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();  
20.       pool.execute(new Runnable(){  
21.          public void run(){  
22.             //假设每1秒钟路上就会出现一辆车，定义一个方法，假设总共有999辆车  
23.             for(int i=1; i<1000;i++){  
24.                try {  
25.                   //为了让程序更为严谨，这里可以让随机产生车的时间改为1到10秒内随机生成  
26.                   Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);  
27.                } catch (InterruptedException e) {  
28.                   e.printStackTrace();  
29.                }  
30.                //返回外部类的成员变量需要外部类名.this.name  
31.                vechicles.add(Road.this.name +"_" + i);  
32.             }  
33.          }  
34.       });  
35.       //创建一个多线程中的定时器  
36.       ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);  
37.       timer.scheduleAtFixedRate(  
38.             new Runnable(){  
39.                public void run(){  
40.                   //将集合中的第一辆车移除，但前提是判断路上有没有车  
41.                   if(vechicles.size() > 0){  
42.                      //定义一个标签，用于记录交通灯的红绿灯现象,获取当前的灯是什么状态  
43.                      boolean ligthed = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();  
44.                      if(ligthed){  
45.                         System.out.println(vechicles.remove(0) +" is traversing!");  
46.                      }  
47.                   }  
48.                }  
49.             },  
50.             1, //多久之后执行  
51.             1, //再过多久执行，频率  
52.             TimeUnit.SECONDS);//单位  
53.        
54.    }  
55. }  

3、LampController.java

 

[java] view plaincopy

1. package com.itheima.interview.traffic;  
2.    
3. import java.util.concurrent.Executors;  
4. import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;  
5. import java.util.concurrent.TimeUnit;  
6.    
7. //创建一个交通灯的控制器LampController  
8. public class LampController {  
9.    //定义一个变量，用于记录当前灯的状态  
10.    private Lamp currentLamp;  
11.     
12.    //定义这个控制器的构造方法  
13.    public LampController(){  
14.       //首先让当前的灯记录第一条道路上的红绿灯情况  
15.       currentLamp = Lamp.S2N;  
16.       currentLamp.light();  
17.        
18.       //定义一个定时器，用于控制交通灯的红绿灯跳转时间  
19.       ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);  
20.       timer.scheduleAtFixedRate(  
21.             new Runnable(){  
22.                public void run(){  
23.                   //每过10秒就要将当前的灯变换成下一个灯  
24.                   //System.out.println("来啦");  
25.                   currentLamp =currentLamp.blackOut();  
26.                }  
27.             },  
28.             2,  
29.             2,  
30.             TimeUnit.SECONDS);  
31.    }  
32. }  

4、主函数MainClass.java

[java] view plaincopy

1. package com.itheima.interview.traffic;  
2.    
3. public class MainClass {  
4.    
5.    public static void main(String[] args) {  
6.       //为了创建十二条路线，这里不可能将每条都直接写出来，因此就用到了容器和循环  
7.       String[] direction = new String[]{"S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"};  
8.       for(int i=0; i<direction.length; i++){  
9.          new Road(direction[i]);  
10.       }  
11.        
12.       //创建一个控制器LampController  
13.       new LampController();  
14.    }  
15.     
16. }  

总结：

“谁拥有数据，谁就对外提供操作这些数据的方法！”做面对对象应该熟记的一句话，

虽然代码很短，看得懂了，但让我独立操作，还是太难了。

代码中运用到了计时器，枚举等实用工具。但更重要的是解决问题的思路