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我的Java开发学习之旅------>交通灯管理系统

简介: 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        。

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12Lamp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. 1. Lamp类的编写 
  2.  
  3.  
  4. package com.isoftstone.interview; 
  5.  
  6. /**
  7. * 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。
  8. * 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,
  9. * 程序代码只需要控制每组灯中的一个灯即可:
  10. * s2n,n2s   
  11. * s2w,n2e
  12. * e2w,w2e
  13. * e2s,w2n
  14. * s2e,n2w
  15. * e2n,w2s
  16. * 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。
  17. */ 
  18. public enum Lamp { 
  19.      
  20.     /*每个枚举元素各表示一个方向的控制灯*/ 
  21.     S2N("N2S","S2W",false),S2W("E2N","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false), 
  22.      
  23.     /*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!*/ 
  24.     N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false), 
  25.       
  26.     /*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,
  27.      * 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
  28.      * 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*/ 
  29.     S2E(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true),E2N(null,null,true); 
  30.      
  31.     /*当前灯是否亮着,即是否为绿灯*/   
  32.     private boolean lighted; 
  33.     /*与当前灯同时为绿的对应方向*/    
  34.     private String opposite; 
  35.     /*当前灯变红时下一个变绿的灯*/    
  36.     private String next; 
  37.      
  38.     //带以上三个参数的构造方法 
  39.     private Lamp(String opposite, String next,boolean lighted) { 
  40.         this.opposite = opposite; 
  41.         this.next = next; 
  42.         this.lighted = lighted; 
  43.     } 
  44.      
  45.     /**
  46.      * 判断是否为绿灯的方法
  47.      * @return
  48.      */ 
  49.     public boolean isLighted(){ 
  50.         return lighted; 
  51.     } 
  52.      
  53.     /**
  54.      * 某个灯变绿时,它对应方向的灯也要变绿
  55.      */  
  56.     public void light(){ 
  57.         this.lighted = true
  58.         //如果opposite为null则使改方法死循环,就是一直亮着绿灯 
  59.         if(opposite != null){ 
  60.             /*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;
  61.              * 可能有的人会说为什么不直接把opposite变量定义成枚举Lamp型;
  62.              * 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
  63.              * 里面不方便传值,改成现在这样写,即将opposite定义成String型的,
  64.              * 直接给这些属性变量传入一个字符串即可,方便了很多
  65.              */ 
  66.             Lamp.valueOf(opposite).light(); 
  67.         } 
  68.         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!"); 
  69.     } 
  70.      
  71.     /**
  72.      * 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
  73.      * @return 下一个要变绿的灯
  74.      */  
  75.     public Lamp blackOut(){ 
  76.         this.lighted = false
  77.         if(opposite != null){ 
  78.             Lamp.valueOf(opposite).blackOut(); 
  79.         } 
  80.         Lamp nextLamp = null
  81.         if(next != null){ 
  82.             nextLamp = Lamp.valueOf(next); 
  83.             //name()方法也是枚举类自带的方法,返回一个自身属性名 
  84.             System.out.println("绿灯从" + name() +"-------->切换为" + next); 
  85.             nextLamp.light(); 
  86.         } 
  87.         return nextLamp; 
  88.     } 
  89.  
  90.  
  91. 2. Road类的编写 
  92.  
  93. package com.isoftstone.interview; 
  94.  
  95. import java.util.ArrayList; 
  96. import java.util.List; 
  97. import java.util.Random; 
  98. import java.util.concurrent.ExecutorService; 
  99. import java.util.concurrent.Executors; 
  100. import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService; 
  101. import java.util.concurrent.TimeUnit; 
  102.  
  103. /**
  104. * 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。
  105. * 每条路线上随机增加新的车辆,增加到一个集合中保存。
  106. * 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。
  107. */ 
  108. public class Road { 
  109.      
  110.     //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 
  111.     List<String> vehicles = new ArrayList<String>(); 
  112.     //name成员变量表示方向 
  113.     String name = null
  114.      
  115.     public Road(String name){ 
  116.         this.name = name; 
  117.          
  118.         //模拟车辆不断随机上路的过程 
  119.         /*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,
  120.          * 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,
  121.          * 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
  122.          */ 
  123.         ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor(); 
  124.         //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 
  125.         executor.execute(new Runnable() { 
  126.              
  127.             @Override 
  128.             public void run() { 
  129.                 //产生999辆车 
  130.                 for(int i=1;i<1000;i++){ 
  131.                     try
  132.                         //休息1到10秒随机时间 
  133.                         Thread.sleep((new Random().nextInt(10) +1) *1000); 
  134.                     } catch (InterruptedException e) { 
  135.                         e.printStackTrace(); 
  136.                     } 
  137.                     /*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,
  138.                     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*/ 
  139.                     vehicles.add(Road.this.name +"_" + i); 
  140.                 } 
  141.             } 
  142.         }); 
  143.          
  144.         //每隔一秒检查对应的灯是否为绿,是则放行一辆车 
  145.         //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 
  146. ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1); 
  147.         timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() { 
  148.              
  149.             @Override 
  150.             public void run() { 
  151.                 //先检查路上有没有车辆 
  152.                 if(vehicles.size()>0){ 
  153.                     boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted(); 
  154.                     if(lighted){ 
  155.                         //traversing:正在穿过 
  156.                         System.out.println(vehicles.remove(0) +" is traversing !"); 
  157.                     } 
  158.                 } 
  159.             } 
  160.         },   
  161.         1//过多少时间去干这件事 
  162.         1//隔多少时间再去干这件事 
  163.         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; 
  164.     } 
  165.      
  166.  
  167.  
  168. 3. LampController类的编写 
  169.  
  170. package com.isoftstone.interview; 
  171.  
  172. import java.util.concurrent.Executors; 
  173. import java.util.concurrent.TimeUnit; 
  174.  
  175. /**
  176. * 车辆控制器,主要操作对象
  177. */ 
  178. public class LampController { 
  179.      
  180.     private Lamp currentLamp; 
  181.      
  182.     public LampController(){ 
  183.         //刚开始让由南向北的灯变绿; 
  184.         currentLamp = Lamp.S2N; 
  185.         currentLamp.light(); 
  186.          
  187.         /*每隔10秒将当前绿灯变为红灯,并让下一个方向的灯变绿*/ 
  188.         Executors.newScheduledThreadPool(1).scheduleAtFixedRate(new Runnable() { 
  189.              
  190.             @Override 
  191.             public void run() { 
  192.                 System.out.println("车辆有本事你来啊!"); 
  193.                 currentLamp = currentLamp.blackOut(); 
  194.             } 
  195.         },  
  196.         10,  
  197.         10
  198.         TimeUnit.SECONDS); 
  199.          
  200.     } 
  201.  
  202.  
  203. 4. MainClass类的编写 
  204.  
  205. package com.isoftstone.interview; 
  206.  
  207. public class MainClass { 
  208.  
  209.     /**
  210.      * @param args
  211.      */ 
  212.     public staticvoid main(String[] args) { 
  213.         /*产生12个方向的路线*/   
  214.         String[] directions = {"S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"}; 
  215.          
  216.         for(int i=0;i<directions.length;i++){ 
  217.             new Road(directions[i]); 
  218.         } 
  219.  
  220.         /*产生整个交通灯系统*/ 
  221.         new LampController(); 
  222.     } 
  223.  

 

 

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  作者:欧阳鹏  欢迎转载,与人分享是进步的源泉!

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