(23)交通灯管理系统分析笔记总结

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交通灯管理系统分析笔记总结

题目要求：
模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：

Ø 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

。。。

Ø 信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。

Ø 应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。

Ø 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。

Ø 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）。

Ø 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。

Ø 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。

题意分析结果图：



由图可分析出：

1，总共有12条路线；

2，为了统一编程模型，可以假设每条路线都有一个红绿灯对其进行控制，右转弯的4条路线的控制灯可以假设称为常绿状态；

3，其他的8条线路是两两成对的，可以归为4组；

4，所以，程序只需考虑图中标注了数字号的4条路线的控制灯的切换顺序，这4条路线相反方向的路线的控制灯跟随这4条路线切换，不必额外考虑。

面向对象的分析与设计

初步分析：

1，该系统有哪些对象？

红绿灯，灯的控制系统，汽车，还有线路；

2，汽车看到自己所在路线对应的灯绿了就穿过路口吗？

不是，还需要看其前面是否有车；

3，看前面是否有车，该问哪个对象呢？

该问路，路中存储着车辆的集合，显然路上就应该有增加车辆和减少车辆的方法了。

注意：

再看题目，我们这里并不要体现车辆移动的过程，只是捕捉出车辆穿过路口的过程，也就是捕捉路上减少一辆车的过程，所以，这个车并不需要单独设计成为一个对象，用一个字符串表示就可以了。

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。

具体分析：

一，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。

二，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。

程序各部分模块分析及代码示例：

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。

package cn.itheima.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;

//定义Road类来表示路线；
public class Road {
//定义集合用于操作代表车辆的字符串
private List<String>vechicles = new ArrayList<String>();

private String name = null;
//创建构造函数接收参数即每创建一条路线就定义一个名字
Road(String name){
this.name = name;

//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
//用j5的线程库比原来的优化，Executors是执行器，该类有很多静态方法
ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();//返回线程池
//调用线程池里的execute方法向线程池提交一个任务，让池中的线程执行任务
pool.execute(new Runnable(){
//复写run方法，需要执行的代码，随机产生车辆，并存入集合
@Override
public void run() {
for(int i = 1;i<1000;i++){
//1到10秒内随机产生一辆车 并添加进线路中
try {
Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);
vechicles.add(Road.this.name+"--"+i);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}

}
});
//定义一个定时器，每隔一秒检查对应的灯是否为绿，是则放行一辆车
//调用执行器的方法
ScheduledExecutorService time = Executors.newScheduledThreadPool(1);
time.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
@Override
public void run() {
if(vechicles.size()>0){
//根据路线方向知道该方向的灯，并调用灯是否亮的方法
boolean lingted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLigthed();
//当灯亮（绿灯）就减少一辆车
if(lingted){
System.out.println("------绿灯亮可以通行-----");
System.out.println(vechicles.remove(0)+"路上有六个方向的车正在通行");
}
}

}

},
1,//各多少时间执行
1, //周期
TimeUnit.SECONDS//单位
);
}
}

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。

package cn.itheima.traffic;
public enum Lamp {
//定义十二个方向的灯对象
//每个枚举元素各表示一个方向上的控制灯
S2N("N2S","S2W",false),S2W("W2S","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("S2E","S2N",false),
//下面元素表示与上面的元素的相反方向的灯，它们的“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),
//下面元素表示四个右转弯方向的灯，因为其不受红绿灯控制，所以可以假设它们总是绿灯
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;
}

//灯的状态，是否为绿
private boolean lighted;
//与当前灯相反方向的同为绿的灯
private String opposite;
//下一组灯
private String next;
//判断灯是否是亮（绿）的方法
public boolean isLigthed(){
return lighted;
}
//灯变亮(变绿)的方法，同时考虑相反方向的灯也要变亮
public void ligth(){
this.lighted = true;
//为了不造成死循环，只允许对应灯
if(opposite!=null){
//对应的灯变亮
System.out.println("------对应的灯亮绿对面的车可以通行-----");
Lamp.valueOf(opposite).ligth();
}
}
//灯变黑（变红）的方法，同时考虑相反方向的灯也要变黑
public Lamp blackOut(){
this.lighted = false;
if(opposite!=null){
//对应的灯变黑
System.out.println("------红灯停！！！！！");
Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
}
//下一组灯变亮
Lamp nextLamp = null;
if(next!=null){
System.out.println("------下一组交通灯绿灯亮，可以通行-----");
nextLamp = Lamp.valueOf(next);
nextLamp.ligth();
}
return nextLamp;
}
}

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。

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
//交通灯的控制器
public class LampController {
//当前灯变量
private Lamp  currentLamp;
//构造函数
LampController(){
//赋值当前灯
currentLamp = Lamp.S2N;
//点亮当前灯
currentLamp.ligth();
//创建一个线程池,可以调度命令来运行一个给定的延迟后,或定期执行
ScheduledExecutorService time =  Executors.newScheduledThreadPool(1);
time.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
public void run(){
//把当前灯变黑并开启下一组灯变量并赋值当前灯
currentLamp = currentLamp.blackOut();
}
},
10,
10,
TimeUnit.SECONDS);
}
}

测试类的编写：

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。

public class MainLamp {

public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
/*产生12个方向的路线*/
String[] roads={"S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"};
for (int i = 0; i < roads.length; i++) {
new Road(roads[i]);
}
new LampController();
}
}

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