黑马程序员_java基础笔记(14)...交通灯管理系统_编码思路及代码

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1，面试题——交通灯管理系统

模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：

• 异步随机生成按照各个路线行驶的车辆。

• 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，面向对象的分析与设计——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。

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。

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。

　　①：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。

　　②：每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存。

　　③：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。

　　①：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。

　　②：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。

　　③：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。

　　④：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。

1，Road类的编写

　　①：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。

　　②：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）。

　　③：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。

/*Road类的编写
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 ArrayList<String>();
　　private String name = null;
　　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(){
　　　　　　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);
　　　　　　　　}
　　　　　　}
　　　　});
　　　　//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(){
　　　　　　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, 
　　　　TimeUnit.SECONDS);
　　}
}

2，Lamp类的编写

　　①：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。

　　②：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。

　　③：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。

　　④： 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。

/*Lamp类的编写
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("N2E","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，所以，可以假想它们总是绿灯
　　S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true);

　　private Lamp(String oppostie,String next,boolean lighted){
　　　　this.oppostie = oppostie;
　　　　this.next = next;
　　　　this.lighted = lighted;
　　}
　　//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 oppostie;

　　//当前灯变红时下一个变绿的灯
　　private String next;

　　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(oppostie != null){
　　　　　　Lamp.valueOf(oppostie).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(oppostie != null){
　　　　　　Lamp.valueOf(oppostie).blackOut();
　　　　}
　　　　Lamp nextLamp = null;
　　　　if(next != null){
　　　　　　nextLamp = Lamp.valueOf(next);
　　　　　　//System.out.println("绿灯从" + name() + "—————————————————————————————>切换为" + next);
　　　　　　nextLamp.light();
　　　　}
　　　　return nextLamp;
　　}
}

3，LampController类的编写

　　 ①：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。

　　 ②：LampController构造方法中要设定第一个为绿的灯。

　　 ③：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。

//LampController类的编写

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
　　　　ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
　　　　timer.scheduleWithFixedDelay(
　　　　　　new Runnable(){
　　　　　　　　public void run(){
　　　　　　　　currentLamp.blackOut();
　　　　　　}
　　　　}, 
　　　　10, 
　　　　10, 
　　　　TimeUnit.SECONDS);
　　}
}

4，MainClass类的编写

　　①：用for循环创建出代表12条路线的对象。

　　②：接着再获得LampController对象并调用其start方法。

//MainClass类的编写

public class LampClass {

　　public static void main(String[] args) {
　　　　//产生12个方向的路线
　　　　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]);
　　　　}
　　　　//产生整个交通灯系统
　　　　new LampController();
　　}

}

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