黑马程序员_7k交通灯管理系统

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1、题目介绍

● 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。

2、思路分析

1)题意分析

题意中要求的交通灯系统如上图所示，总共有12条线路，本例中的设计为了简便设计，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，另外，其他的8条线路是两两成对的，可以归为4组，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。

2）面向对象的分析设计

1）每条路线上都会出现许多辆车，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。

a、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。

b、每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存。

c、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。

a、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。

b、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。

c、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。

c、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。

d、设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。

3、编码实现

1）Road类

a、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。

b、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）。

c、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。

源码如下：

package com.isoftstone.interview.traffic;

import java.util.LinkedList;

import java.util.Collections;

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。

*/
public class Road {

private List<String> vechicles = new LinkedList<String>();

List synchronizedvechicles = Collections.synchronized(vechicles);

private String name;

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() {

@Override

public void run() {

for (int i = 1; i <= 1000; i++) {

try {

Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

synchronizedvechicles.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() {

@Override

public void run() {

if (vechicles.size() > 0) {

boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();

if (lighted) {

System.out.println(synchronizedvechicles.

remove(0)+ " is traversing !");

}

}

}

},

1,

1,

TimeUnit.SECONDS);

}

}

2）Lamp类

a、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。

b、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。

c、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。

d、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，以防止light和blackOut进入死循环。

源码如下：

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。
*/
/*
* S2N,S2W,E2W,E2S,
* N2S,N2E,W2E,W2N,
* S2E,E2N,N2W,W2S;
* */
public enum Lamp {
/* 每个枚举元素各表示一个方向的控制灯 */
S2N("N2S",false,"S2W"),S2W("N2E",false,"E2W"),E2W("W2E",false,"E2S"),E2S("W2N",false,"S2N"),
/* 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,false,null),N2E(null,false,null),W2E(null,false,null),W2N(null,false,null),
/* 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,true,null),E2N(null,true,null),N2W(null,true,null),W2S(null,true,null);
private Lamp(){}
private Lamp(String oppositeLampName,boolean lighted,String nextLampName){
this.oppositeLampName=oppositeLampName;
this.lighted=lighted;
this.nextLampName=nextLampName;
}
/* 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 oppositeLampName;
/* 当前灯变红时下一个变绿的灯 */
private String nextLampName;
/**
* 返回灯的状态
* */
public boolean isLighted(){
return lighted;
}
/**
* 某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿
*/
public void light(){
this.lighted=true;
if(oppositeLampName!=null){
Lamp.valueOf(oppositeLampName).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！");
}
/**
* 某个灯变红时，对应方向的灯也要变红，并且下一个方向的灯要变绿
*
* @return 下一个要变绿的灯
*/
public Lamp blackOut(){
this.lighted=false;
if(oppositeLampName!=null){
Lamp.valueOf(oppositeLampName).blackOut();
}
Lamp nextLamp =null;
if(nextLampName!=null){
nextLamp = Lamp.valueOf(nextLampName);
System.out.println("绿灯从"+ name() + "-------->切换为" + nextLampName);
nextLamp.light();
}
return nextLamp;
}
}

3）LampController类

a、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。
c、LampController构造方法中要设定第一个为绿的灯。

c、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。

源码如下：

package com.isoftstone.interview.traffic;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class LampController {
private Lamp currentLamp;
private LampController(){}
private static LampController controller = null;
public static LampController getInstran(){
if(controller==null){
synchronized (LampController.class) {
if(controller==null){
controller=new LampController();
return controller;
}
}
}
return controller;
}
public void start(){
//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(){
@Override
public void run() {
currentLamp = currentLamp.blackOut();
}
},
10,
10,
TimeUnit.SECONDS);
}
}

4）MainClass类

a、用for循环创建出代表12条路线的对象。

b、接着创建出LampController对象。

源码如下：

package com.isoftstone.interview.traffic;
public class MainClass {
public static void main(String[] args) {
String [] directions = {
"S2N","S2W","E2W","E2S",
"N2S","N2E","W2E","W2N",
"S2E","E2N","N2W","W2S"};
for(int i=0;i<directions.length;i++){
new Road(directions[i]);
}
LampController.getInstran().start();
}
}