【题目要求】
模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑,具体有以下需求
1). 异步随机生成按照各个路线行驶的车辆
举例说明如下:
. 由南向北行驶的车辆 ----直行车辆
. 由西向南行驶的车辆 ----右转车辆
. 由东向南行驶的车辆 ----左转车辆
…
2). 信号灯颜色选择范围
忽略黄灯,只考虑红灯和绿灯
3). 左转车辆和右转车辆的要求
. 左转车辆受到控制信号灯的控制
. 但是右转车辆不受信号灯控制
【注意】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。
4). 其他说明
. 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。
【路线分析】:
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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。
【面向对象向的分析与设计】
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 设计一个LampController类,它定时让当前的绿灯变红。
-
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- 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。
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- 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。"
- 典型案例:
- 1)人在黑板上画圆 person--blackboard--circle
- draw(){ x,y-->radius}//画圆的方法是由圆提供的
- 2)司机刹车 driver--car
- 刹车动作是car身上的方法,司机只是发出了一个触发信号
- 3)售票员统计票据金额
- 由售货员对象调用票据对象的getTotalMoney()方法来实现
设计结构图解:-----------------------------------------------------
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分析:
- 至此,该系统就简化为:路、红绿灯、控制系统三个对象,设计的重点在于"路"增加和减少车辆的功能,
- 红绿灯 变绿 和变红两个属性,并具备返回下一个灯的功能(可以集成在变红的方法内),由于路线是两两相对的,
- 定义一个Lamp 的oppssite 对象,是当前灯变化时,路对面也保持一致
- 使用单例来编写红绿灯控制系统,调用红绿灯灭灯和亮灯;
- 路上至少有两个线程,来增加和放行车辆
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- Road类
- 根据面向对象的思想,Road上拥有汽车,并且会随机"增加车辆"
- 路面要即时判断红绿灯的状态使"车辆放行"
- 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。
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- Lamp类
- 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。
-
- LampControler类
- 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"。
- 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。
-
- MainClass
- 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。
代码实现:Road
- package com.itheima.traffic;
-
- import java.util.ArrayList;
- import java.util.List;
- import java.util.concurrent.ExecutorService;
- import java.util.concurrent.Executors;
- import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
- import java.util.concurrent.TimeUnit;
-
- public class Road {
- private List<String> vechicles = new ArrayList<>();
- private String name = null;
-
- public Road(String name) {//路线构造函数
- this.name = name;
- //创建单个线程
- ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
- //添加车辆(随机)
- pool.execute(new Runnable(){ //Runnable接口的匿名内部类
- public void run(){
- for(int n=1; n<1000; n++){
- try {
- Thread.sleep((int) (Math.random()*1000));//0~1000随机时间
- } catch (InterruptedException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- vechicles.add(Road.this.name+"_"+n);//添加车辆
- //内部类类访问成员变量: Outer.this.field
- }
- }
- });
- //定时器,去除集合中元素(模拟车辆通过)
- ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
- timer.scheduleAtFixedRate(
- new Runnable(){
- @Override
- public void run() {
- if(vechicles.size() >0){ //如果路上有车
- boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
- if(lighted){ //判断灯
- System.out.println(vechicles.remove(0) + " : is traversing");
- }
- }
- }
- },
- 1, //1秒之后
- 1, //周期为1个时间单位
- TimeUnit.SECONDS);//时间单位为秒
-
- }
- }
Lamp- package com.itheima.traffic;
-
- public enum Lamp {
- S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),//东南两个需要看灯的路线
- N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),//对面的灯
- S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true); //右转路线,一直通行
-
- private Lamp(){ } //空参的构造方法
- private Lamp(String opposite, String next , boolean lighted){//实参
- this.opposite = opposite;
- this.next = next;
- this.lighted = lighted;
- }
-
- private boolean lighted;
- private String opposite; //对面的灯用字符串表示,因为枚举对象的参数不能为后面的对象
- private String next;
-
- public boolean isLighted(){//判断灯
- return lighted;
- }
-
- public void light(){ //亮灯
- this.lighted = true;
- if(opposite !=null) //条件判断,防止死循环 (opposite没有对应的opposite,不再递归)
- Lamp.valueOf(opposite).light();//对面的灯也作出同样的反应
- System.out.println(name() + "Lamp is Green ! 6个方向有汽车通过");
- }
-
- public Lamp blackOut(){ //灭灯
- this.lighted = false;
- if(opposite !=null)
- Lamp.valueOf(opposite).blackOut();//枚举方法返回该字符串表示的对象
-
- Lamp nextLamp = null;
- if(next != null){
- nextLamp = Lamp.valueOf(next);
- System.out.println("绿灯从 "+name()+" -------转到----->:"+next);
- nextLamp.light(); //当前绿灯灭时将下一个灯点亮
- }
-
- return nextLamp; //灭灯并返回下一个灯
- }
-
- }
LampControler- package com.itheima.traffic;
-
- import java.util.concurrent.Executors;
- import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
- import java.util.concurrent.TimeUnit;
-
- public class LampController {
- private Lamp currentLamp;//当前的灯
-
- private LampController(){
- currentLamp = Lamp.S2N;
- currentLamp.light(); //
-
- //定时器
- ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
- timer.scheduleAtFixedRate(
- new Runnable(){
- @Override
- public void run() {
- System.out.println("红绿灯切换中。。。");
- currentLamp = currentLamp.blackOut();//灭灯并返回下一个灯
-
- }
- },
- 2, //
- 2, //每隔10秒钟切换
- TimeUnit.SECONDS);
- }
-
- public static LampController getInstance(){
- return new LampController();
- }
-
- }
MainClass- package com.itheima.traffic;
-
- public class MainClass {
-
- /**
- * @param args
- */
- public static void main(String[] args) {
-
- String[] directions = new String[]{
- "S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"
- };
- for(String direction : directions){
- new Road(direction);
- }
-
- LampController.getInstance();
-
- }
-
- }
测试结果