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                           Java    交通燈管理系統
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，
二.畫圖非常有助於理解和分析問題。圖如下：

 
三.面向物件的分析與設計
交通燈管理系統所涉及的物件：包括交通燈，路線 ，控制燈變化的物件，汽車，以及主方法。
汽車看到自己所在路線對應的燈綠了就穿過路口嗎？
      不是，還需要看其前面是否有車，看前面是否有車，該問哪個物件呢？
該問路，路中儲存著車輛的集合，
      顯然路上就應該有增加車輛和減少車輛的方法了。
再看題目，我們這裡並不要體現車輛移動的過程，只是捕捉出車輛穿過路口的過程，
      也就是捕捉路上減少一輛車的過程，所以，這個車並不需要單獨設計成為一個物件，用一個字串表示就可以了。
   1、每條路線上都會出現多輛車，路線上要隨機增加新的車，在燈綠期間還要每秒鐘減少一輛車。
      (1)、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，即系統中總共要產生12個Road例項物件。
      (2)、每條路線上隨機增加新的車輛，增加到一個集合中儲存。
      (3)、每條路線每隔一秒都會檢查控制本路線的燈是否為綠，是則將本路線儲存車的集合中的第一輛車移除，即表示車穿過了路口。
   2、每條路線每隔一秒都會檢查控制本路線的燈是否為綠，一個燈由綠變紅時，應該將下一個方向的燈變綠。
      (1)、設計一個Lamp類來表示一個交通燈，每個交通燈都維護一個狀態：亮（綠）或不亮（紅），每個交通燈要有變亮和變黑的方法，
           並且能返回自己的亮黑狀態。
      (2)、總共有12條路線，所以，系統中總共要產生12個交通燈。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，即永遠不變黑。
      (3)、除了右拐彎方向的其他8條路線的燈，它們是兩兩成對的，可以歸為4組，所以，在程式設計處理時，
           只要從這4組中各取出一個燈，對這4個燈依次輪詢變亮，與這4個燈方向對應的燈則隨之一同變化，
    因此Lamp類中要有一個變數來記住自己相反方向的燈，在一個Lamp物件的變亮和變黑方法中，將對應方向的燈也變亮和變黑。
    每個燈變黑時，都伴隨者下一個燈的變亮，Lamp類中還用一個變數來記住自己的下一個燈。
      (5)、設計一個LampController類，它定時讓當前的綠燈變紅。
          面向物件設計把握一個重要的經驗：誰擁有資料，誰就對外提供操作這些資料的方法
四.Road類的編寫
   1、每個Road物件都有一個name成員變數來代表方向，有一個vehicles成員變數來代表方向上的車輛集合。
   2、在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）。
   3、在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。
   4、在講Road物件的定時器程式碼時，因為開始階段還沒有設計Lamp類，所以，檢查該方向上的燈是否為綠的程式碼暫時先採用短路方式。 
五.Lamp類的編寫
   1、系統中有12個方向上的燈，在程式的其他地方要根據燈的名稱就可以獲得對應的燈的例項物件，綜合這些因素，
      將Lamp類用java5中的列舉形式定義更為簡單。
   2、每個Lamp物件中的亮黑狀態用lighted變量表示，選用S2N、S2W、E2W、E2N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。
   3、增加讓Lamp變亮和變黑的方法：light和blackOut，對於S2N、S2W、E2W、E2N這四個方向上的Lamp物件，
      這兩個方法內部要讓相反方向的燈隨之變亮和變黑，blackOut方法還要讓下一個燈變亮。
   4、除了S2N、S2W、E2W、E2N這四個方向上的Lamp物件之外，其他方向上的Lamp物件的nextLampName和oppositeLampName屬性設定為null即可，
      並且S2N、S2W、E2W、E2N這四個方向上的Lamp物件的nextLampName和oppositeLampName屬性必須設定為null，
      以便防止light和blackOut進入死迴圈。
六.LampController類的編寫
   1、整個系統中只能有一套交通燈控制系統，所以，LampController類最好是設計成單例。
   2、LampController構造方法中要設定第一個為綠的燈。
   3、LampController物件的start方法中將當前燈變綠，然後啟動一個定時器，每隔10秒將當前燈變紅和將下一個燈變綠。
七.MainClass類的編寫
   1、用for迴圈創建出代表12條路線的物件。
   2、接著再獲得LampController物件並呼叫其start方法。
   3、String [] directions = {"S2N","N2S","S2W","N2E","E2W","W2E",
      "E2S","W2N","S2W","N2W","E2N","W2S"};
程式碼的實現

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;

/**
 * 用集合表示路，12條路，就是12Road物件，系統開始要有12個物件， 路上隨機增加車，
 * 就是在集合增加一個物件保持，
 * 每條路線每隔一秒都會檢查控制本路線的燈是否為綠，就是把沒條路第一個物件去除所以集合是有順序的
 */
public class Road {
	private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();
	// 集合，有順序儲存車元素
	private String name = null;
	// 定義路上對應的燈

	public Road(String name) {
		// 因為路已初始化就會有車輛，所以程式碼應該封裝在路的建構函式中
		this.name = name;
		// 路創建出物件時候就開始 模擬車輛不斷隨機上路的過程
		/*
		 * ExecutorService執行緒池，Executors 類為這些 Executor 提供了便捷的工廠方法。
		 * newSingleThreadExecutor()建立一個使用單個 worker 執行緒的 Executor 以無界佇列方式來執行該執行緒。
		 */
		ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
		/*
		 * void execute(Runnable command)在未來某個時間執行給定的命令。
		 * 該命令可能在新的執行緒、已入池的執行緒或者正呼叫的執行緒中執行， 這由 Executor 實現決定
		 */
		pool.execute(new Runnable() {
			public void run() {
				for (int i = 1; i < 1000; i++) {
					try {
						// 產生1到10秒隨機數
						Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
					// 集合裡面增加一個車，名字是路名+順序數字
					vechicles.add(Road.this.name + "_" + i);
				}
			}
		});
		// 每隔一秒檢查對應的燈是否為綠，是則放行一輛車建立一個定時器的執行緒池
		/*
		 * public interface ScheduledExecutorServiceextends ExecutorService 一個
		 * ExecutorService，可安排在給定的延遲後執行或定期執行的命令。
		 */
		ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
		/*
		 * scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period,
		 * TimeUnit unit) 建立並執行一個在給定初始延遲後首次啟用的定期操作， 後續操作具有給定的週期； 
      	         * 也就是將在 initialDelay後開始執行，然後在 initialDelay+period 後執行，
		 * 接著在 initialDelay + 2 * period後執行，依此類推。
		 */
		timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
			public void run() {
				// 如果路上有車，就每隔1秒判斷一次燈，若燈為綠，那麼就將第一輛車取走
				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);// TimeUnit.SECONDS列舉

	}
}
/**
 * 列舉中每個Lamp元素代表一個方向上的燈，總共有12個方向，所以有12個元素
 * 例如正南、正北2燈是一組，一起紅或者綠，所以只要控制正南燈保持正北燈就可以了，這樣一共有4組， 
 * 由於從南向東和從西向北、以及它們的對應方向不受紅綠燈的控制，可以假想它們總是綠燈。
 */
public enum Lamp {
	/*
	 * 12個列舉元素各表示一個方向的控制燈,4組燈中只要控制每一組的一個燈變化就可以，另個保持一致
	 */
	S2N("N2S", "S2W", false), S2W("N2E", "E2W", false), E2W("W2E", "E2S", false), 、		E2S("W2N", "S2N", false),
	/*
	 * 下面元素表示與上面的元素一組的燈，所以與上面保持一致就可，“相反方向燈”和“下一個燈”不考慮，不然可能死迴圈
	 */
	N2S(null, null, false), N2E(null, null, false), W2E(null, null, false), W2N(
			null, null, false),
			// 對於右拐彎的燈，可以認為始終是綠燈
	S2E(null, null, true), E2N(null, null, true), N2W(null, null, true), W2S(
			null, null, true);
	private Lamp(String opposite, String next, boolean lighted) {
		// 構造方法，3個引數，同組對應的燈，下個燈，紅綠情況
		this.opposite = opposite;
		this.next = next;
		this.lighted = lighted;
	}
	// 構造方法傳遞的引數，true綠燈
	private boolean lighted;
	// 定義燈的相反方向的燈
	private String opposite;
	// 當前燈變紅時下一個變綠的燈(相鄰的燈)
	private String next;
	/**
	 * 構造方法傳遞的引數的方法，true綠燈
	 */
	public boolean isLighted() {
		return lighted;
	}
	/**
	 * 燈變綠的方法 某個燈變綠時，它同組對應方向的燈也要變綠
	 */
	public void light() {
		this.lighted = true;// 燈變綠
		if (opposite != null) {// 它同組對應方向的燈存在情況執行
			// valueOf方法，根據值來反向獲取Lamp物件:</span></strong></span></span>
			// Lamp lamp = Lamp.valueOf(opposite);
			Lamp.valueOf(opposite).light();
		}
		// 重要：name()返回此列舉常量的名稱，在其列舉宣告中對其進行宣告。
		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！");
	}
	/**
	 * 燈變紅的方法 某個燈變紅時，對應方向的燈也要變紅，並且下一個方向的燈要變綠
	 * 下一個要變綠的燈
	 */
	public Lamp blackOut() {
		this.lighted = false;// 燈變紅
		if (opposite != null) {
			Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
		}
		Lamp nextLamp = null;// 設定下一個燈
		if (next != null) {// 下一個燈有執行
			nextLamp = Lamp.valueOf(next);
			System.out.println("綠燈從" + name() + "-------->切換為" + next);
			nextLamp.light();
		}
		return nextLamp;
	}
}
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
 * 燈控制器，每隔10秒將當前綠燈變為紅燈，並讓下一個方向的燈變綠
 */
//控制燈的亮
public class LampController {
	// 定義當前的燈
	private Lamp currentLamp;
	public LampController() {
		//設定剛開始讓由南向北的燈變綠;
		currentLamp = Lamp.S2N;
		currentLamp.light();
		// 定時器每隔10秒將當前綠燈變為紅燈，並讓下一個方向的燈變綠
		ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
		timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
			public void run() {
				currentLamp.blackOut();
			}
		}, 10, 10, TimeUnit.SECONDS);
	}
}
/* 執行類，在開始執行後
 * 產生12個方向的路線，併產生整個交通燈系統讓其開始工作
 * /
public class MainClass {
	public static void main(String[] args) {
		/* 產生12個方向的路線 */
		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]);
		}
		/* 產生整個交通燈系統 */
		new LampController();
	}
}
 

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