黑马程序员之Java基础加强之交通灯管理系统

------- <a href="http://www.itheima.com" target="blank">android培训</a>、<a href="http://www.itheima.com" target="blank">java培训</a>、期待与您交流！ ----------

学习概述：交通灯管理项目

学习目标：透彻领悟Java交通灯管理项目，要对Java面向对象的思想有一定初步了解，不能单纯的“照猫画虎”就是算完事了，要从这个项目中体会到如何开发一个系统级项目，重在体会思想。

1.交通灯管理项目的项目需求

     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：由南向北的车辆--直行

                         由南向东的车辆--右转

                          由南向西的车辆--左转

     【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的影响

      【4】信号灯的控制逻辑与现实信号灯的控制逻辑相同，不考虑特殊情况下的控制逻辑

      【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

      【7】不要求实现GUI，只考虑系统逻辑的实现，可通过log的方式展示程序运行结果

2.   通过画图展现系统逻辑

          


 仔细观察该图，改图展现了十字路口的车辆运行情况，我们可以看到：无论任何方向到达的车辆，都有三个前进方向：分别是向前，向左，向右。所以东南西北四个方向到达的车辆总共有12条运行线路。

3. 系统设计的关键：面向对象的设计

   <1>每条路线都会出现多辆车，路线上要随机增加新的车辆，在交通灯变绿之后每秒钟还要减少一辆车

         【1】我们可以设计一个Road类来表示路线，每个Road对象代表一个路线，总共有12条路线，系统中总共要产生12个Road实例对象（这里即使不能写出程序来，但就这句话要想到使用枚举类）

         【2】每条路线上要增加车辆，也会减少车辆，所有要保存一个集合，这一步是否想到了Road类要封装一个List对象？

          【3】每条路线上每隔一秒都会检查控制本路线上的交通灯是否变绿，是否想到了插入一个timer？如果变绿，那么将保存车辆的集合移出第一辆车。

     <2>各个方向的交通灯之间是存在关系的，本方向的交通灯变红之后，应考虑下一个方向的交通灯变绿，是否想到交通灯这个类中的构造方法中要封装一个下一个交通灯对                  象？

           【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组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个方向灯的实例对象。

           【5】计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。

4.系统代码编写

      <1>交通灯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对象中还有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 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。

                代码如下：

      

package com.isoftstone.interview.traffic;

/**
* 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(String opposite,String next,boolean lighted){
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;
public boolean isLighted(){
return lighted;
}

/**
* 某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿
*/

  <2> 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。

          代码如下：

         

package com.isoftstone
b348
.interview.traffic;

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*/
ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
public  void run(){
System.out.println("来啊");
currentLamp = currentLamp.blackOut();
}
},
10,
10,
TimeUnit.SECONDS);
}
}

     <3>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。

          代码如下：

             

package com.isoftstone.interview.traffic;

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。
* @author 张孝祥 www.it315.org
*
*/
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).isLighted();
if(lighted){
System.out.println(vechicles.remove(0) + " is traversing !");
}
}

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

}
}

4. 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。

   代码如下：

    

package com.isoftstone.interview.traffic;

public class MainClass {

/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {

/*产生12个方向的路线*/
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]);
}

/*产生整个交通灯系统*/
new LampController();
}

}

学习总结：

     对于交通灯这个项目，我认为从项目要求中抽象出对象是关键中的关键，这对系统有直接决定作用，其次是对象中包含的成员，张老师在视频里有句名言，谁拥有数据，就提供方法，例如我们再黑板上画一个圆，那么到底谁提供draw这个方法，我们往往会想到黑板会提供这个方法，因为我们要在黑板上画，其实不然，我们画一个圆需要直径等数据，而只有圆这个对象才拥有这个数据，所以我们要为圆这个对象提供draw方法，在越来越深的学习过程中，我们也许会发现Java语言并不难，可是我认为要具有面向对象的思想真的不容易，给出一个项目，能够很准确的从项目文档中抽象出对象是一个高级系统分析师的要求，在以后的开发工作中要注意积累这一点。

项目思考：

   该项目中，当车辆右转时，默认均为绿灯，可是在现实生活中，右转的灯往往也是有红绿灯。据我观察，目前我国交通灯的顺序一般是，先直行，再左转，再右转，当右转为绿灯时，这种情况往往更加复杂，比如说当由南向北的右转方向为绿灯时，由东向南的左转方向往往也是绿灯等等各种情况，所以该系统还有很大的可扩展空间。

附上自己编写lamp类，用List实现：

package com.lee;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Lamp {
private String direction;
private boolean lighted;
private Lamp opposite;
private Lamp next;
//构造一个List存放12个方向的交通灯
private List<Lamp> lampList = new ArrayList<Lamp>();
public Lamp(){};
public Lamp(String direction){
this.direction=direction;
lampList.add(new Lamp("N2S"));
lampList.add(new Lamp("N2W"));
lampList.add(new Lamp("N2E"));
lampList.add(new Lamp("E2W"));
lampList.add(new Lamp("E2S"));
lampList.add(new Lamp("E2N"));
lampList.add(new Lamp("S2N"));
lampList.add(new Lamp("S2E"));
lampList.add(new Lamp("S2W"));
lampList.add(new Lamp("W2E"));
lampList.add(new Lamp("W2S"));
lampList.add(new Lamp("W2N"));

}
//根据List中的位置获取下一个方向交通灯
public Lamp getNext(String direction){
return lampList.get(lampList.indexOf(direction)%12+1);
}
//根据List中的位置获取相反方向交通灯
public Lamp getOpposite(String direction){
return lampList.get(lampList.indexOf(direction)%12+6);
}
public void light(){
this.lighted=true;
}
public void black(){
this.lighted=false;
}

}