1. 需求分析
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、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
….
2、信號燈忽略黃燈，只考慮紅燈和綠燈。
3、應考慮左轉車輛控制信號燈，右轉車輛不受信號燈控制。
4、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。
5、注意：
1）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。
2）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）。
3）隨機生成車輛時間間隔以及紅綠燈交換時間間隔自定，可以設置。
4）不要求實現GUI，只考慮系統邏輯實現，可通過Log方式展現程序運行結果。
6、說明：這裏要實現的是模擬十字路口的交通燈管理系統邏輯，是對交通燈的控制，而不是模擬汽車的移動過程。所以不用將車作爲主體對象，再單獨產生一個類。只需要將車和路綁定在一起即可一）、
圖解分析：
簡述：
1）這裏總共有12條路線，每條路線作爲一個對象存在。
2）作爲編程模型，可假設每條線路都有一個紅綠燈，對其控制。
3）其中右轉彎的4條路線的控制燈可以假設爲常綠狀態。
4）另外的八條線路是兩兩成對的，就可以歸爲4組，程序只需考慮圖中標註了數字的4條路線的控制燈的切換順序即可，這4條路線的對應的反向的控制燈是隨着這4條路線進行相同切換的。
2. 面向對象的分析與設計
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。
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。
2、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。
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。
4、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。
3. Road類---模擬車輛及路線
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
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;
/**
* 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。
* @author 張孝祥 www.it315.org
*/
public class Road {
privateList<String> vechicles = new ArrayList<String>();
private Stringname =null;
/*在這個構造函數中,傳回哪個方向的車,
先開啓一個線程池用於產生車輛,一個定時器用於觀察交通燈狀態*/
publicRoad(String name){
this.name =name;
//模擬車輛不斷隨機上路的過程
//使用線程池，通過產生單個線程的方法，創建一個線程池
ExecutorService pool =Executors.newSingleThreadExecutor();
pool.execute(new Runnable(){
publicvoid run(){
for(int i=1;i<1000;i++){
try {
Thread.sleep((newRandom().nextInt(10) + 1) * 1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
vechicles.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
//產生一個單線程，創建定時器
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
newRunnable(){
public void run(){
//判斷路上是否有車，有則進行相應的操作
if(vechicles.size()>0){
booleanlighted = Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();
//每隔1秒讓車通行，通行前要先判斷燈是否亮，亮了才能通行，即從集合中移除
if(lighted){
System.out.println(vechicles.remove(0) + " is traversing!");
}
}
}
},
1,
1,
TimeUnit.SECONDS);
}
}
4. Lamp類---交通燈的變幻
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。
1、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。
2、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。
3、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。
代碼：
/**
* 每個Lamp元素代表一個方向上的燈，總共有12個方向，所有總共有12個Lamp元素。
* 有如下一些方向上的燈,每兩個形成一組，一組燈同時變綠或變紅，所以，
* 程序代碼只需要控制每組燈中的一個燈即可：
* s2n,n2s
* s2w,n2e
* e2w,w2e
* e2s,w2n
* s2e,n2w
* e2n,w2s
* 上面最後兩行的燈是虛擬的，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，
* 所以，可以假想它們總是綠燈。
* @author 張孝祥 www.it315.org
*/
/**/
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),
/*下面元素表示與上面的元素的相反方向的燈，它們的“相反方向燈”和“下一個燈”應忽略不計！*/
N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),
/*由南向東和由西向北等右拐彎的燈不受紅綠燈的控制，所以，可以假想它們總是綠燈*/
S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true);
private Lamp(Stringopposite,String next,boolean lighted){
this.opposite = opposite;
this.next = next;
this.lighted = lighted;
}
/*當前燈是否爲綠*/
private boolean lighted;
/*與當前燈同時爲綠的對應方向*/
private String opposite;
/*當前燈變紅時下一個變綠的燈*/
private String next;
//燈的判斷是否亮的方法
public boolean isLighted(){
return lighted;
}
/**讓這個方向的等亮起來
* 某個燈變綠時，它對應方向的燈也要變綠
*/
public void light(){
this.lighted = true;
if(opposite != null){
Lamp.valueOf(opposite).light();
}
System.out.println(name() + " lampis green，下面總共應該有6個方向能看到汽車穿過！");
}
/**
* 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
* @return 下一個要變綠的燈
*/
public Lamp blackOut(){
this.lighted = false;
if(opposite != null){
Lamp.valueOf(opposite).blackOut();
}
Lamp nextLamp= null;
if(next != null){
//當前燈變綠了，讓對應的燈也變綠
nextLamp = Lamp.valueOf(next);
System.out.println("綠燈從" +name() + "-------->切換爲" + next);
nextLamp.light();
}
return nextLamp;
}
}
5. LampController類和MainClass類
LampController類---交通燈控制類
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class LampController {
private Lamp currentLamp;
public LampController(){
//剛開始讓由南向北的燈變綠;
currentLamp = Lamp.S2N;
currentLamp.light();
/*每隔10秒將當前綠燈變爲紅燈，並讓下一個方向的燈變綠*/
ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);
timer.scheduleAtFixedRate(
new Runnable(){
public void run(){
System.out.println("來啊");
currentLamp = currentLamp.blackOut();
}
},
10,
10,
TimeUnit.SECONDS);
}
MainClass類---主類
1、用for循環創建出代表12條路線的對象。
2、接着再獲得LampController對象並調用其start方法。
public class MainClass {
/**
* @param args
*/
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();
}
總結：
a) 要完成這題，必須具備面向對象的分析和設計能力
b) 題目中運行到線程池技術，可以查看API幫助文檔來了解用法
c) 題目中運行到枚舉enum，可以參考之前的Java高新技術
d) 做題時需細心加耐心，一定會做好的