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、非同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、訊號燈忽略黃燈，只考慮紅燈和綠燈。

    3、應考慮左轉車輛控制訊號燈，右轉車輛不受訊號燈控制。

    4、具體訊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為1秒,（提示：可通過執行緒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，可以設定。

    7、不要求實現GUI，只考慮系統邏輯實現，可通過Log方式展開程式執行結果。

二、需求分析

採用面向物件的思想進行設計：把相應的名稱抽象封裝成為一個類，並向外提供資料的操作方法，簡而言之：誰擁有資料，誰就提供操作資料的方法。

1、首先，經過分析可知，總共有12條路線，為了統一程式設計模型，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為常綠狀態。其他的8條路線是兩兩成對的，可以歸為4組，所以，程式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。

    該系統涉及到四個物件：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，沒有車了才可以穿過馬路。所以應該把汽車用一個容器來儲存，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物件代表一條路線，總共有12條路線，系統中總共要產生12個Road例項物件；每條路線上隨機增加新的車輛，並用一個集合儲存；路線每隔1秒檢查是否為綠燈，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個交通燈物件，右拐彎的路線本來不受燈的控制，但是為了讓程式採用統一的處理方式，故假設出有四個右拐彎的燈，只是這些燈為常亮狀態；其他8條路線兩兩成對，分為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介面子類來儲存vehicles車輛的物件。Road物件的構造方法中啟動一個執行緒，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”形式的字串進行表示）。Road物件的構造方法中啟動一個定時器，每隔一秒檢查該方向上的燈是否為綠，是則列印車輛集合和將集合中的第一輛車移除掉。

程式碼如下：

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：列舉是一種特殊的類，可以讓編譯器限定例項物件的個數，在這裡有12條路線的燈，需要限定，所以把Lamp類設計成列舉更為合適。選用S2N、S2W、E2W、E2S這四個方向上的Lamp物件依次輪詢變亮，Lamp物件中還要有一個oppositeLampName變數來表示它們相反方向的燈，再用一個nextLampName變數來表示此燈變亮後的下一個變亮的燈。這三個變數用構造方法的形式進行賦值，因為列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串形式表示。

程式碼如下：

package com.itheima.traffic;

//把紅綠燈設計成為列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()+"----->切換為"+next);
			nextLamp.light();
		}
		return nextLamp;
	}
}

程式碼如下：

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：該類用於啟動其中整個系統，在啟動時，建立12個路線物件，啟動一個紅綠燈控制系統，即可。

程式碼如下：

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();
	}
}