技术标签: Java
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,具体要求如下:
例如:
由北向驶往南向的车辆----直行
由西向驶往南向的车辆----右转
由东向驶往南向的车辆----左转
南北车辆与东西车辆交替放行,同方向车辆等待应先放行直行车辆,后放行左转车辆。
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为常绿状态。其他8条路线两两成对,可以归为4组。所以,程序只需要考虑图中标注了编号的4条路线的控制灯的切换顺序,这4条路线的控制灯跟随这4条路线切换,不必额外考虑。
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12条路线
即系统中总共产生12个Road实例对象。
2)每条线路上随机增加新的车辆,增加到一个集合中保存。
3)每条线路每隔1秒都会检查控制本路线的灯是否为绿。若是绿灯,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。
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,并且能返回自己亮黑状态。
2) 总共有12条路线,系统要产生12个交通灯。右转弯的路线本来不受灯控制,但是为了让程序有统一的处理方式,
所以假设四个右转弯的灯,只是需要将这些灯设置为常亮状态,永远都不要变黑。
3) 除了右转弯方向的其他8条路线的灯,他们是两两成对的,可以归为四组,所以,在编程时,只要从这4组灯中各
取出一个灯,使这4个灯轮流变亮,与这4个灯方向对应的灯随之一同变化,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
着下一个灯的变亮,Lamp类中还需要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类用枚举来做显然有
很大的方便性,永远都只有代表12个方向的灯的实例对象。
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。
<span style="font-size:18px;">//交通灯的Lamp类的代码
public enum Lamp {
S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),//枚举先定义再使用。不能在定义N2S之前调用
N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false), //可传递等的名字字符串,
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(){}
private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){ //接收参数:对应的灯,下一个灯,当前灯的亮黑状态
this.opposite = opposite;
this.next = next;
this.lighted = lighted;
}
public boolean isLighted() { //获取灯的亮黑状态
return lighted;
}
public void light() {
this.lighted = true;
if(opposite!=null){ //健壮性判断,防止死循环,东对应的灯是西,西对应的灯没有。
Lamp.valueOf(opposite).light(); //根据对象名称返回枚举。一个灯亮了,对应的灯也跟着亮。
}
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!"); //四个右转弯,;一对灯亮
}
public Lamp blackOut(){
this.lighted = false;
if(opposite!=null){
Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
}
Lamp nextLamp = null; //记住下一个变绿的灯
if(next!=null){
nextLamp = Lamp.valueOf(next);
System.out.println("绿灯从" + name() + "---->切换为" + next);
nextLamp.light(); //变红灯的同时,下一个灯变绿。
}
return nextLamp; //返回即将变绿的灯
}
}
</span>
1)每个Road对象都有一个name成员变量来代表方向,有一个vehicles(交通工具)成员变量来代表方向上的车辆。
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。使用scheduleAtFixedRate方法。
<span style="font-size:18px;">import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
//Road类
public class Road {
List<String> vehicles = new ArrayList<String>(); //每条路线的车辆,装入List集合
private String name = null;
public Road(String name) { //每条路线都要命名
this.name = name;
//模拟汽车上路
ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor(); //创建单独的线程,不停的往这个路线增加车辆
pool.execute(new Runnable() { //调用线程池中的执行器,运行空闲的线程
public void run() {
try {
Thread.sleep(((long)(Math.random()*10)+1)*1000); //1~10秒内随机增加车辆
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
vehicles.add(Road.this.name + "_" + i); //外部类名.this.外部类成员变量名 访问外部类成员变量,或者final修饰
}
}
});
//定时器,模拟汽车汽车穿过路口
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1); //创建一个定时器
timer.scheduleAtFixedRate( //固定频率的定时器
new Runnable(){
public void run() {
if(vehicles.size()>0){
boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();//获取灯的状态
if(lighted){
System.out.println(vehicles.remove(0) + " is travling ");
}
}
}},
1, //延迟1秒后开始执行任务
1, //每隔一秒执行一次
TimeUnit.SECONDS);
}
}
</span>
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。
<span style="font-size:18px;">import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
//交通灯控制器
public class LampController {
private Lamp currentLamp; //当前灯
//初始化
public LampController(){
currentLamp = Lamp.S2N; //默认第一个灯为S2N
currentLamp.light(); //点亮
//每隔10秒钟,变红,下一个灯变绿.创建定时器线程池
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable() {
public void run() {
currentLamp = currentLamp.blackOut();//灯变黑同时指向下一个变绿的灯,blackOut()返回下一个变绿的灯。
}
},
2, //隔10秒执行第一次
2, //每隔10秒执行一次
TimeUnit.SECONDS);
}
}
</span>
4.MainClass类
1)用for循环创建出代表12条路线的对象。
2)创建红绿灯控制系统对象,启动系统
/*
* 12个灯:
* S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S
*/
public class MainClass {
public static void main(String[] args) {
String[] derections = new String[]{
"S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"
};
for (int i = 0; i < derections.length; i++) {
new Road(derections[i]);
}
new LampController();
}
}
用到的知识
1.List集合,用于存储每条路线上的车辆。
2.Executors类Executors.newSingleThreadExecutor(),创建新的线程,随机在路线上增加车辆。
3.匿名内部类对象。在给线程的执行器传递任务时,创建了实现Runnable接口的子类的匿名内部类对象,匿名内部类
要访问外部类的成员变量时,可以写成:外部类名.this.成员变量名。
4.定时器timer。
ScheduledExecutorService timer =Executors.newScheduledThreadPool(1)
创建一个定时器。以及在LampController类中的控制红绿灯时间的定时器。
5.枚举。在编写Lamp类时使用了枚举,保证了无论什么时候调用的灯都是同一个灯。
但是要注意,枚举先定义,再使用。
6.创建灯对象时,要是一个一个灯的new,要new12个对象,很麻烦。可以使用循来创建实例对象,只要传递灯的名字即可。
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