1.交通灯管理系统的项目需求
模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑,具体需求如下:
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。
2.切不可空想,一定要画图
画图非常有助于理解和分析问题,你还有比画图更好的办法吗?
总共有12条路线,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,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。
具体分析及代码编写如下:
/**
*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。
*/
/*每个枚举元素各表示一个方向的控制灯*/
S2N("N2S","S2W",false),S2W("E2N","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;因为这四个方向都是右手方向,
*在中国现实生活中车辆靠右行,所以右手边车辆不需要红绿灯控制可以随便行走车辆
*不会与其他路线上的车辆冲突;所以,可以假想它们总是绿灯*/
S2E(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true),E2N(null,null,true);
3.面向对象的分析与设计
l 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。
Ø 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。
Ø 每条路线上随机增加新的车辆,增加到一个集合中保存。
Ø 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。
l 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。
Ø 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。
Ø 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(红)。
Ø 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。
Ø 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。
Ø 设计一个LampController类,它定时让当前的绿灯变红。
面向对象讲解与窍门:
我们初步设想一下有哪些对象:红绿灯,红绿灯的控制系统,汽车,路线。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,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。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。再牢牢掌握几个典型的案例就可以了:人在黑板上画圆,列车司机紧急刹车,你把门关上了等。
4.代码实现简介(主要类分析)
l Road类的编写
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。
l Lamp类的编写
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。
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。
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。
l LampController类的编写
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(即一个私有变量一个对外构造方法)。
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。
l MainClass类的编写
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。
- 1. Lamp类的编写
- package com.isoftstone.interview;
- /**
- * 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。
- */
- 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("E2N","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;因为这四个方向都是右手方向,
- * 在中国现实生活中车辆靠右行,所以右手边车辆不需要红绿灯控制可以随便行走车辆
- * 不会与其他路线上的车辆冲突;所以,可以假想它们总是绿灯*/
- S2E(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true),E2N(null,null,true);
- /*当前灯是否亮着,即是否为绿灯*/
- 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;
- //带以上三个参数的构造方法
- private Lamp(String opposite, String next,boolean lighted) {
- this.opposite = opposite;
- this.next = next;
- this.lighted = lighted;
- }
- /**
- * 判断是否为绿灯的方法
- * @return
- */
- 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;
- //如果opposite为null则使改方法死循环,就是一直亮着绿灯
- if(opposite != null){
- /*valueOf()方法为枚举类自带的方法;把字符串名字传进去返回对应的枚举对象;
- * 可能有的人会说为什么不直接把opposite变量定义成枚举Lamp型;
- * 这里笔者这么考虑:如果定义成Lamp型,那么上面的S2N这些属性变量
- * 里面不方便传值,改成现在这样写,即将opposite定义成String型的,
- * 直接给这些属性变量传入一个字符串即可,方便了很多
- */
- 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!");
- }
- /**
- * 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(opposite != null){
- Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
- }
- Lamp nextLamp = null;
- if(next != null){
- nextLamp = Lamp.valueOf(next);
- //name()方法也是枚举类自带的方法,返回一个自身属性名
- System.out.println("绿灯从" + name() +"-------->切换为" + next);
- nextLamp.light();
- }
- return nextLamp;
- }
- }
- 2. Road类的编写
- package com.isoftstone.interview;
- 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。
- */
- public class Road {
- //vehicles代表车俩,是个车俩集合,包括大卡车、小驾车等等所有车俩
- List<String> vehicles = new ArrayList<String>();
- //name成员变量表示方向
- String name = null;
- public Road(String name){
- this.name = name;
- //模拟车辆不断随机上路的过程
- /*Executors是jdk5新特性中的执行器,可以这么记:我们起的工具类比如utils都是以s结尾,
- * 改类如何用如何拼写必须记住,Executors类似,改类有大量的静态方法;改执行器可以new多种线程池,
- * 当然也可以new出下面的单独线程,不管是线程池还是线程都返回一个ExecutorService类型的值
- */
- ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
- //Runnable是接口不能直接new出但是可以将其弄成内部类new出其的实现类
- executor.execute(new Runnable() {
- @Override
- public void run() {
- //产生999辆车
- for(int i=1;i<1000;i++){
- try {
- //休息1到10秒随机时间
- Thread.sleep((new Random().nextInt(10) +1) *1000);
- } catch (InterruptedException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- /*内部类访问外部的成员变量可以讲外部类的改成员变量弄错final最终的,
- 也可以在内部类中使用外部类名.this.外部类变量的方法达到目的*/
- vehicles.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
- //定时器(连环爆炸器)的编写,应用相当广泛,必会;new的是Scheduled(调度)调度池
- ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
- timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
- @Override
- public void run() {
- //先检查路上有没有车辆
- if(vehicles.size()>0){
- boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
- if(lighted){
- //traversing:正在穿过
- System.out.println(vehicles.remove(0) +" is traversing !");
- }
- }
- }
- },
- 1, //过多少时间去干这件事
- 1, //隔多少时间再去干这件事
- TimeUnit.SECONDS);//说明上面数值的定量单位,是隔1秒呢还是1分钟或1小时呢;
- }
- }
- 3. LampController类的编写
- package com.isoftstone.interview;
- import java.util.concurrent.Executors;
- import java.util.concurrent.TimeUnit;
- /**
- * 车辆控制器,主要操作对象
- */
- 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*/
- Executors.newScheduledThreadPool(1).scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
- @Override
- public void run() {
- System.out.println("车辆有本事你来啊!");
- currentLamp = currentLamp.blackOut();
- }
- },
- 10,
- 10,
- TimeUnit.SECONDS);
- }
- }
- 4. MainClass类的编写
- package com.isoftstone.interview;
- public class MainClass {
- /**
- * @param args
- */
- public staticvoid main(String[] args) {
- /*产生12个方向的路线*/
- 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]);
- }
- /*产生整个交通灯系统*/
- new LampController();
- }
- }
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