交通燈管理系統
一、需求
模擬實現十字路口的交通燈管理系統邏輯,具體需求如下:
1、異步隨機生成按照各個路線行駛的車輛:
例如:
由南向而來去往北向的車輛 ---- 直行車輛;
由西向而來去往南向的車輛 ---- 右轉車輛
由東向而來去往南向的車輛 ---- 左轉車輛
……
2、信號燈忽略黃燈,只考慮紅燈和綠燈。
3、應考慮左轉車輛控制信號燈,右轉車輛不受信號燈控制。
4、具體信號燈控制邏輯與現實生活中普通交通燈邏輯相同,不考慮特殊情況下的控制邏輯。
注:南北方向車輛與東西車輛交替放行,同方向等待車輛應先放行直行車輛後放行左轉車輛。
5、每輛車通過路口時間爲1秒,(提示:可通過線程Sleep的方式模擬)。
6、隨機生成車輛時間間隔以及紅綠燈交換時間間隔自定,可以設置。
7、不要求實現GUI,只考慮系統邏輯實現,可通過Log方式展開程序運行結果。
二、需求分析
採用面向對象的思想進行設計:把相應的名稱抽象封裝成爲一個類,並向外提供數據的操作方法,簡而言之:誰擁有數據,誰就提供操作數據的方法。
1、首先,經過分析可知,總共有12條路線,爲了統一編程模型,可以假定每一條路都有一個紅綠燈對其進行控制,右拐彎的4條路線的控制等可以假定爲常綠狀態。其他的8條路線是兩兩成對的,可以歸爲4組,所以,程序只需要考慮如下圖所示表明數字的4條線路的控制燈的切換順序,這4條路線反方向路線的控制燈跟隨這4條路線切換。
該系統涉及到四個對象:紅綠燈,紅綠燈的控制系統,汽車,路線。但汽車並非看到前面的紅綠燈變綠就穿過馬路,還要判斷所在路線上前面是否有車,沒有車了纔可以穿過馬路。所以應該把汽車用一個容器來存儲,不單獨設計成類,並放在路線的類中,由路線來判斷是否放行汽車通過馬路。所以,應該單獨設計三個類:紅綠燈、紅綠燈的控制系統、路線。
路線:設計一個Road類來表示路線,每個Road對象代表一條路線,總共有12條路線,系統中總共要產生12個Road實例對象;每條路線上隨機增加新的車輛,並用一個集合保存;路線每隔1秒檢查是否爲綠燈,是則刪除集合中的第一倆車,表示穿過了馬路。
紅綠燈:設計一個Lamp類表示一個交通燈,每個交通燈都維護一個狀態:亮(綠)或者不亮(紅),每個交通燈要有變亮和變黑的方法,並且返回自己的亮黑狀態;12條路線對應12個交通燈對象,右拐彎的路線本來不受燈的控制,但是爲了讓程序採用統一的處理方式,故假設出有四個右拐彎的燈,只是這些燈爲常亮狀態;其他8條路線兩兩成對,分爲4組。
控制系統:設計一個LampController類,定時讓當前的綠燈變紅,並且返回下一個燈(即變綠的燈)。
三、編碼實現
Road類:用方向(比如:南向北)標識一條路線,並且用一個List接口子類來存儲vehicles車輛的對象。Road對象的構造方法中啓動一個線程,每隔一個隨機的時間向vehicles集合中增加一輛車(用一個“路線名_id”形式的字符串進行表示)。Road對象的構造方法中啓動一個定時器,每隔一秒檢查該方向上的燈是否爲綠,是則打印車輛集合和將集合中的第一輛車移除掉。
代碼如下:
package com.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;
public class Road {
List<String> vechicles = new ArrayList<String>();
private String name = null;
public Road(String name){
this.name = name;
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();
}
vechicles.add(Road.this.name +"_"+i);
}
}
});
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(vechicles.remove(0)+" is traversing");
}
}
}
},
1,
1,//每隔1秒判斷一次
TimeUnit.SECONDS);
}
}
Lamp類:枚舉是一種特殊的類,可以讓編譯器限定實例對象的個數,在這裏有12條路線的燈,需要限定,所以把Lamp類設計成枚舉更爲合適。選用S2N、S2W、E2W、E2S這四個方向上的Lamp對象依次輪詢變亮,Lamp對象中還要有一個oppositeLampName變量來表示它們相反方向的燈,再用一個nextLampName變量來表示此燈變亮後的下一個變亮的燈。這三個變量用構造方法的形式進行賦值,因爲枚舉元素必須在定義之後引用,所以無法再構造方法中彼此相互引用,所以,相反方向和下一個方向的燈用字符串形式表示。
代碼如下:
package com.itheima.traffic;
//把紅綠燈設計成爲枚舉類更加適合於簡單
public enum Lamp {
S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),
N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),
S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2s(null,null,true);
private boolean lighted;
private String opposite;
private String next;
private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){
this.opposite = opposite;
this.next = next;
this.lighted = lighted;
}
public boolean isLighted(){
return lighted;
}
public void light(){
this.lighted = true;
if(opposite != null)
Lamp.valueOf(opposite).light();
System.out.println(name()+" lamp is green,下面總共應該有6個方向能看到汽車穿過!");
}
public Lamp blachOut(){
this.lighted = false;
if(opposite!=null){
Lamp.valueOf(opposite).blachOut();
}
Lamp nextLamp = null;
if(next !=null){
nextLamp = Lamp.valueOf(next);
System.out.println("綠燈從 "+name()+"----->切換爲"+next);
nextLamp.light();
}
return nextLamp;
}
}
LampController類:整個系統中只有一套交通燈控制系統,所以最好設計成單例模式;在構造方法中,設定S2N方向的燈先亮(變綠);並用一個定時器讓交通燈交替變化。
代碼如下:
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;
public LampController(){
currentLamp = Lamp.S2N;
currentLamp.light();
ScheduledExecutorService timer =Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
@Override
public void run() {
currentLamp = currentLamp.blachOut();
}
},
10,//過10秒開始執行
10,//時間間隔
TimeUnit.SECONDS);//時間單位
}
}
MainClass類:該類用於啓動其中整個系統,在啓動時,創建12個路線對象,啓動一個紅綠燈控制系統,即可。
代碼如下:
package com.itheima.traffic;
public class MainClass {
public static void main(String[] args){
String[] directions = new String[]{
"S2N","S2W","E2W","E2S",
"N2S","N2E","W2E","W2N",
"S2E","E2N","N2W","W2S"
};
for(int i=0;i<directions.length;i++){
new Road(directions[i]);
}
new LampController();
}
}