java案例--交通灯管理系统学习

一、需求分析
刚接到一个项目或者面试题(总之是一个相对比较复杂的问题时)，应该对认真阅读问题的
要求和描述，并通过对这些的分析进行抽象，通过一个个对象的方式来考虑自己的程序该
怎么写。所以，首先来看看需求，再设计出对象。

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。

通过阅读以上文档，在交通灯这一十字路口中，我想到了以下几个对象：
1、交通灯
2、汽车
3、路
但在视频的学习中我得知了还有这么一个对象：
4、交通灯的控制器

既然有了这些对象，那么该如何设计，这些对象应该具有些什么功能？这些问题如果没有
面向对象的设计思想，是很难从众多的关系中，设计出一个类所具有的属性和功能来的。
所以程序设计要先掌握一些面向对象的设计思想。视频中通过一个概念和一些例子来帮助
我了解面向对象的一个重要原则：
*谁拥有数据，谁就对外提供操作这些数据的方法。
并通过以下例子来掌握这个重要原则：
1、人在黑板上画圆。
人在黑板上画圆，里面有3个对象：人、黑板、圆。有一个动作：画圆。
那么画圆这个方法该由谁来提供呢？因为画圆需要圆的属性：半径、圆心等，所以根据
*谁拥有数据，谁就对外提供操作这些数据的方法这个原则。画圆的方法应该归到圆这个
类上。而黑板则应该设计成为存储各种集合的类。
2、列车司机紧急刹车。
这里有两个对象：车和司机。车本身具有离合器，所以应该由车提供刹车的方法。人本身
不具备刹车的能力，但是可以向车传递信息。
3、售货员统计收获小票的金额。
因为小票上有商品的价格信息，所以统计金额的方法该由小票来提供。
4、你把门关上了。
门本身具有锁等属性，所以关门的方法也该由门来提供。

5、“两块石头磨成一把石刀，石刀可以砍树，砍成木材，木材做成椅子”，
stone
stonenKnife = StoneFactory.creatKnife(stone1,stone2)
timber = stoneknife.cut(tree)
chair = charfactory.makeChair(timber)

学习了以上的思想，那么在设计交通灯管理系统的时候，就比较容易理解一个类该提供哪些
方法了。
灯：应该提供变红变绿的方法，还提供该灯处在绿或者是红的状态的方法,黄灯因为不影响
车辆的通行，所以忽略不计。
路：路上有车辆的集合，应该有增加和减少车辆的方法(车辆通过路口，就相当于减少了)。
所以路应该根据灯的状态来决定是否减少集合中的车辆。所以路应该有两个属性：车和灯。
因为题目不要求描述车过路的具体状况，所以车类可以用String来表示，就不用单独设计了。
灯的控制器：提供一个方法，该方法定时地让灯变绿和变红。

二、根据分析的出的结果来设计相应的类
*灯(Lemp)类的设计：
通过日常生活知道，一个十字路口总共对应了12条路线：
s2n,n2s (这里2的意思是to)
s2w,n2e
e2w,w2e
e2s,w2n
s2e,n2w
e2n,w2s
现实中不是每天路线都有灯，但为了让系统更统一，每天路线上都设计了对应的灯。
其中s2e,n2w，e2n,w2s这4个灯是右转的灯，在现实中是不存在的，因为现实中无论何时都能
进行右转弯，但为了统一性，右转灯可以设计为总是绿的。
(s2n,n2s)(s2w,n2e)(e2w,w2e)(e2s,w2n)每两盏灯各为一组，因为如果其中一盏变绿，对应方
向的灯也会跟着变绿。所以控制器每次只要控制其中一盏就可以，那么控制器总共只要4盏灯。
也就是只控制这四盏：s2n,s2w,e2w,e2s,。当s2n变红以后，应该把下一盏灯变绿让控制器得
到其对象，也就是s2w，依次类推，就模拟了灯依次变红变绿的效果。
因为总共只有12盏灯，使用了枚举类型。以后的设计中如果遇到只需要使用固定几个
对象的时候，就可以考虑使用枚举。
灯的代码：Lamp.java

package com.isoftstone.interview.traffic;

public enum Lamp {
//控制器需要控制的4盏灯
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),
//下面元素表示右转的灯，因为总是允许通行，所以总是绿的
S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true);

private String opposite;  //对应方向的灯
private String next;      //下一个方向的灯
private boolean lighted;  //是否绿灯

//构造方法为枚举元素实例化
private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){
this.opposite = opposite;
this.next = next;
this.lighted = lighted;
}

public boolean isGreen(){
return lighted;
}

//提供变绿的方法，当本灯变绿时，对应方向的灯也应该变绿
public void light(){
this.lighted = true;
if(opposite != null){
Lamp.valueOf(opposite).light(); //通过对象名得到对象本身，进行递归调用
}
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！");
}

//提供变红的方法，当本灯变红，对应方向的灯也变红，同时把下一盏变绿的灯返回
public Lamp red(){
this.lighted = false;
if(opposite != null){
Lamp.valueOf(opposite).red();
}
Lamp nextLamp = null;
if(next != null){
Lamp.valueOf(next).light();
nextLamp = Lamp.valueOf(next);
System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next);
}
return nextLamp;
}
}

*灯控制器(LampContriller)的设计：
首先灯控制器和灯有对应关系，所以里面应该有个属性表示灯，那么该属性用Lamp
类的实例对象来表示。接着控制器应该让s2n,s2w,e2w,e2s这四盏灯的其中一盏变
绿，过一段时间后让这盏灯变红。然后定时地让灯变红边绿。这就需要建立一个独立
的线程，并使用定时器类来完成定时操作，java本身提供了这样的类。
灯控制器代码：LampController.java

package com.isoftstone.interview.traffic;

import java.util.concurrent.*;

public class LampController {
//因为要对Lamp进行操作，那么提供操作Lamp的方法的它一定有Lamp属性
private Lamp currentLamp ;

public LampController(){
this.currentLamp = Lamp.S2N;
currentLamp.light();

//使用java类让灯定时10秒后变红，然后让下一盏灯变绿
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
public  void run(){
currentLamp = currentLamp.red();
}
},
10,  //10个单位后执行
10,	 //每隔10个单位执行1次
TimeUnit.SECONDS); //单位为秒
}
}

*路(Road)的设计：
路上有很多车，而且有灯，使用一个集合来存放车，因为需要模拟车辆不断随机上路
的过程，那么就需要随机时间往集合里添加车，如果本条路线上的灯变绿了，就要放
行集合中的车辆。所以要产生两条线程，一个是增加车的线程，一个是检查是否绿灯
，如果是绿灯就减少集合中车辆的线程。
路的代码：Road.java

package com.isoftstone.interview.traffic;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;

public class Road {
private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();

private String name =null;
public Road(String name){
this.name = name;

//模拟车辆不断随机上路的过程
ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
pool.execute(new Runnable(){
public void run(){
for(int i=1;i<1000;i++){
try {
Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
vechicles.add(Road.this.name + "_" + i);
}
}

});

//每隔一秒检查对应的灯是否为绿，是则放行一辆车
ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
public void run(){
if(vechicles.size()>0){
boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isGreen();
if(lighted){
//remove返回值就是移除的对象
System.out.println(vechicles.remove(0) + " is traversing !");
}
}

}
},
1,
1,
TimeUnit.SECONDS);

}
}

*一个系统的三个元素都设计好了，应该由一个含有main方法的类来综合使用它们
因为有12条路线，应该产生12个Road的对象，然后启动LampController。
mainClass：

package com.isoftstone.interview.traffic;

public class MainClass {

public static void main(String[] args) {

//产生12个方向的Road
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]);
}

//启动控制器
new LampController();
}

}

总结：代码很少，很精简，但对整个交通灯系统进行的抽象很到位，很成功地模拟了
整个系统从开始到运行的各种状态，以及对象间的各种关系。灯类的设计很巧妙。如果
是交给我来写，这样的代码是写不出来的，不过一切都是从模仿开始的。希望通过多
学习一些设计的案例，来加强自己面向对象设计的能力。