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1.交通燈管理系統的業務和需求分析
交通燈管理系統的項目需求
模擬實現十字路口的交通燈管理系統邏輯，具體需求如下：
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
信號燈忽略黃燈，只考慮紅燈和綠燈。
應考慮左轉車輛控制信號燈，右轉車輛不受信號燈控制。
具體信號燈控制邏輯與現實生活中普通交通燈控制邏輯相同，不考慮特殊情況下的控制邏輯。
注：南北向車輛與東西向車輛交替放行，同方向等待車輛應先放行直行車輛而後放行左轉車輛。
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）。
總共有12條路線，爲了統一編程模型，可以假設每條路線都有一個紅綠燈對其進行控制，右轉彎的4條路線的控制燈可以假設稱爲常綠狀態，另外，其他的8條線路是兩兩成對的，可以歸爲4組，所以，程序只需考慮圖中標註了數字號的4條路線的控制燈的切換順序，這4條路線相反方向的路線的控制燈跟隨這4條路線切換，不必額外考慮:
2. 面向對象的分析與設計
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。
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，即系統中總共要產生12個Road實例對象。
每條路線上隨機增加新的車輛，增加到一個集合中保存。
每條路線每隔一秒都會檢查控制本路線的燈是否爲綠，是則將本路線保存車的集合中的第一輛車移除，即表示車穿過了路口。
每條路線每隔一秒都會檢查控制本路線的燈是否爲綠，一個燈由綠變紅時，應該將下一個方向的燈變綠。
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。
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，即永遠不變黑。
除了右拐彎方向的其他8條路線的燈，它們是兩兩成對的，可以歸爲4組，所以，在編程處理時，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類中要有一個變量來記住自己相反方向的燈，在一個Lamp對象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類中還用一個變量來記住自己的下一個燈。
無論在程序的什麼地方去獲得某個方向的燈時，每次獲得的都是同一個實例對象，所以Lamp類改用枚舉來做顯然具有很大的方便性，永遠都只有代表12個方向的燈的實例對象。
設計一個LampController類，它定時讓當前的綠燈變紅。
我們初步設想一下有哪些對象：紅綠燈，紅綠燈的控制系統，汽車，路線。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，該問哪個對象呢？該問路，路中存儲着車輛的集合，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，我們這裏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爲一個對象，用一個字符串表示就可以了。
面向對象設計把握一個重要的經驗：誰擁有數據，誰就對外提供操作這些數據的方法。再牢牢掌握幾個典型的案例就可以了：人在黑板上畫圓，列車司機緊急剎車，售貨員統計收穫小票的金額，你把門關上了等。
學員的兩個面向對象的面試題，用面向對象的方式設計如下情景。
“兩塊石頭磨成一把石刀，石刀可以砍樹，砍成木材，木材做成椅子”，
“球從一根繩子的一段移動到了另一端”，
編寫Road類中模擬汽車上路的代碼、定義器與Road類中模擬汽車穿過路口、編寫表示交通燈的Lamp類的代碼、編寫交通燈控制器的類和總成測試：
Road類的編寫
每個Road對象都有一個name成員變量來代表方向，有一個vehicles成員變量來代表方向上的車輛集合。
在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）。
在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。
public class Road
{
// 用集合來表示一條路
List<String> vehicles = new ArrayList<String>();
// 定義路上對應的燈
private String name = null;
// 因爲路已初始化就會有車輛，所以代碼應該封裝在路的構造函數中
public Road(String name)
{
this.name = name;
// 創建線程池，模擬路上不斷隨機出現的車輛
ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
pool.execute(new Runnable(){
public void run()
{
for(int i=0; i<1000; i++)
{
try
{
Thread.sleep((new Random().nextInt(10)+1)*1000);
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
vehicles.add(Road.this.name+"_"+i);
}
}
});
// 每隔一秒檢查對應的燈是否爲綠，是則放行一輛車
// 創建一個定時器的線程池
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
public void run()
{
// 如果路上有車，就每隔1秒判斷一次燈，若燈爲綠，那麼就將第一輛車取走
if(vehicles.size()>0)
{
boolean lighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
if(lighted)
System.out.println(vehicles.remove(0)+" is traveling");
}
}
},
1,
1,
TimeUnit.SECONDS);
}
} Lamp類的編寫
系統中有12個方向上的燈，在程序的其他地方要根據燈的名稱就可以獲得對應的燈的實例對象，綜合這些因素，將Lamp類用java5中的枚舉形式定義更爲簡單。
每個Lamp對象中的亮黑狀態用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。
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對象，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。
除了S2N、S2W、E2W、E2N這四個方向上的Lamp對象之外，其他方向上的Lamp對象的nextLampName和oppositeLampName屬性設置爲null即可，並且S2N、S2W、E2W、E2N這四個方向上的Lamp對象的nextLampName和oppositeLampName屬性必須設置爲null，以便防止light和blackOut進入死循環。
public enum Lamp
{
// 每個枚舉元素各表示一個方向的控制燈
S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),
// 對於相反方向的燈與上面是一樣的，可以忽略它們對面和下一個燈
N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),
// 對於右拐彎的燈，可以認爲始終是綠燈
S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true);
private boolean lighted; // 定義燈的狀態
private String opposite; // 定義燈的相反方向的燈
private String next; // 定義燈的下一個燈(相鄰的燈)
private Lamp(String opposite, String next, boolean ligthed)
{
this.opposite = opposite;
this.next = next;
this.lighted = ligthed;
}
public boolean isLighted()
{
return lighted;
}
// 如果一個燈變綠時，它相反方向的燈也要變綠
public void light()
{
this.lighted = true;
if(opposite != null)
Lamp.valueOf(opposite).light();
}
// 如果一個燈變紅時，想反方向的燈也要變紅，並且下一個方向的燈要變綠
public Lamp blackOut()
{
this.lighted = false;
if(opposite != null)
Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
Lamp nextLamp= null;
if(next != null)
{
nextLamp = Lamp.valueOf(next);
nextLamp.light();
}
// 並返回相鄰變綠的燈
return nextLamp;
}
} LampController類的編寫
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。
LampController構造方法中要設定第一個爲綠的燈。
LampController對象的start方法中將當前燈變綠，然後啓動一個定時器，每隔10秒將當前燈變紅和將下一個燈變綠。
public class LampController
{
private Lamp currentLamp;
public LampController()
{
currentLamp = Lamp.S2N;
currentLamp.light();
// 每隔10秒就讓燈變紅
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
public void run()
{
currentLamp = currentLamp.blackOut();
}
},
10,
10,
TimeUnit.SECONDS);
}
}MainClass類的編寫
用for循環創建出代表12條路線的對象。
接着再獲得LampController對象並調用其start方法。
public class MainClass
{
public static void main(String[] args)
{
String [] directions = {"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();
}
}