交通灯管理系统学习总结

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题目：

  模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：

  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  S2N

       由西向而来去往南向的车辆 ---- 右转车辆  W2S

       由东向而来去往南向的车辆 ---- 左转车辆  E2S

       ...

    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：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。

  

分析：

  1.确定对象以及对象之间的关系：

   信号、控制器、汽车、马路，这里由于不会用到汽车的特有field，所以汽车不用封装成对象

   这里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。

   通过画图能分析出来共12条路（每条路对应3个方向 * 4）,并且每一条路上都有一个红绿灯（Lamp），

   因此有12个红绿灯，且右转车辆不受控制，可定义为红绿灯一直为绿状态，那么需要考虑的只有8条路线（直行和左转），

   这八条路线两两对应，一条路上的信号灯变化，反向（opposite）的灯也随之变化，实际上只考虑4组路线（直行2条和左转2条）；

   这里信号灯的对象是确定的可以定义成枚举。

  



  2.确定对象的field和方法

   实际上只有三个对象：

    (1)路(Road):路对象封装了车辆，定义一个集合用于存储车辆，并且提供随机增加车辆的方法，和捕捉车辆过马路，从集合中取出通过的方法。

    (2)信号灯(Lamp):每个信号灯对象应该有自己的状态（红true和绿false）,与自己反向（opposite）灯和下一组灯，并且信号灯本身提供了返回信号灯状态的方法，以及信号灯变红和变绿的方法。

    (3)控制器(LampControl):用于操作信号灯的红绿交替，内部封装信号灯，并且提供可以控制红绿灯交换的方法。

  

  3.确定对象之间的业务逻辑

   （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。

       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。

   (2) 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。

     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。

    (3) 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。

      LampController构造方法中要设定第一个为绿的灯。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。

   4.定义主函数实习系统的运行

    用for循环创建出代表12条路线的对象。

   接着再获得LampController对象并调用其start方法。

 

代码如下：

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

private String name = null;
public Road(String name){
this.name = name;
ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
pool.execute(new Runnable(){

@Override
public void run() {
for(int i=1;i<1000;i++){
try {//1~10秒钟内会有一辆车
Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);
} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();
}
vechicles.add(Road.this.name + "_" + i);
}
}

});

ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable(){

@Override
public void run() {
if(vechicles.size() > 0){
boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
if(lighted){
System.out.println(vechicles.remove(0) + " is traversing!");
}
}
}

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

}

Lamp

public enum Lamp {
//定义十二条路上所有的灯对象 (反向，下一个，自己状态)
S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),  //南到北，南到西，东到西，东到南
//反向的对应的灯
N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),  //北到南，南到东，西到东，西到北
//右转弯的灯，常绿灯，true
S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true); //南到东，东到北，北到西，西到南

//定义构造器
private Lamp(){}
private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){
this.opposite = opposite;
this.next = next;
this.lighted = lighted;
}

//定义灯的状态时true为绿 false为红
private boolean lighted;
//定义相反方向的灯
private String opposite;
//
private String next;

public boolean isLighted(){
return lighted;
}

public void light(){
this.lighted = true;
//如果有相反方向的灯，则相反方向上的灯也变绿
if(opposite != null){
Lamp.valueOf(opposite).light();
}

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");
}

public Lamp blackOut(){
this.lighted = false;
//如果有相反方向上的灯，相反方向的灯也随之变红
if(opposite != null){
Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
}
//如果有下一个灯，则下一个灯变绿
Lamp nextLight = null;
if(next != null){
nextLight = Lamp.valueOf(next);
nextLight.light();
System.out.println("绿灯从 " + name() + " ---切换为---> " + next);

}
return nextLight;

}
}

LampControl

//定义一个交通灯控制器
public class LampController {
4000
//定义当前灯
private Lamp currentLamp;

public LampController() {
//设置初始灯，变绿
this.currentLamp = Lamp.S2N;
currentLamp.light();
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){

@Override
public void run() {
System.out.println("变灯了");
currentLamp = currentLamp.blackOut();
}

},
10,
10,
TimeUnit.SECONDS);

}
}

Main

public class MainClass {

public static void main(String[] args) {
String[] directions = {"S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"};
//创建12条路对象
for(String road : directions){
new Road(road);
}

new LampController();

}
}

这道题主要用到了枚举，多线程、线程池和计数器等等，只要前期业务分析清楚了，需要哪些对象以及对象之间的关系，以及用什么技术实现相应的逻辑功能，后面代码就容易了。这样的题还需要多练习多分析，培养自己的面向对象思维。

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