交通灯管理系统

一、需求分析

        模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：
        异步随机生成按照各个路线行驶的车辆。
        例如：
               由南向而来去往北向的车辆---- 直行车辆
               由西向而来去往南向的车辆---- 右转车辆
               由东向而来去往南向的车辆---- 左转车辆
               。。。
               信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。
               应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。
               具体信号灯控制逻辑与现实生活中普通交通灯控制逻辑相同，不考虑特殊情况下的控制逻辑。
        南北向车辆与东西向车辆交替放行，同方向等待车辆应先放行直行车辆而后放行左转车辆。
        每辆车通过路口时间为1秒
        随机生成车辆时间间隔以及红绿灯交换时间间隔自定，可以设置。
        不要求实现GUI，只考虑系统逻辑实现，可通过Log方式展现程序运行结果。
二、概念设计

   行车路线图如下：

         整个路口的交通灯可看做是十二个行车方向的管理，可得出如下结论：
         1、交通路口车辆向左转时不受约束，也就是说图片中紫色箭头表示的行车方式无论何时都可看做是绿灯，也就是说S2W，E2S，N2E，W2N这些行车方向始终是绿灯。
         2、整个路口交通灯的调用次序是S2N，S2W，E2W，E2S。同时这些行车方向相对应的方向向上的灯也同步进行转换，也就是说N2S,N2E,W2E,W2N这前面四个灯对应的反向灯，让它们依托于前面四个灯来运作。
         3、由于说行车方向的个数是固定的，因此可将Lamp创建为enum类，也就是说在Lamp类中只有12个枚举对象用于描述行车方向。
         4、在面向对象分析中按照谁拥有数据谁提供方法的设计理念，Lamp需要提供isLighted方法用于获取当前行车方向灯的状态，提供blackOut方法用于灯状态的调节，提供light来调节当前行车方向上灯的状态。
         5、路拥有车辆这个数据，路本身知道自己身上有几辆车，所以，路作为一个集合，有增加和删除对象（车）的方法，这样就可以将车和路线绑定在一起。因此需要设计一个Road类表示路线，有12条路线，就产生12个Road对象。路里面有一个集合，可以随机增加新的车辆存入集合中，模拟路面车辆状况。每条路线每隔一秒都会对控制本路线的灯是否为绿，绿灯状态就会将车存入集合；并每隔一秒移除第一辆车，表示车辆穿过路口。
         6、设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红。
三、类设计

         1、Lamp类
         灯的个数是有限、确定的，因此Lamp为枚举类，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opposite变量来表示它们相反方向的灯，再用一个next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，再用Lamp.valueOf方法获取到Lamp对象。
         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。
         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next和opposite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next和opposite属性必须设置为null，以便防止light和blackOut进入死循环。

public enum Lamp {/*每个枚举元素各表示一个方向的控制灯*/S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),/*下面元素表示与上面的元素的相反方向的灯，它们的“相反方向灯”和“下一个灯”应忽略不计！*/N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),/*由南向东和由西向北等右拐弯的灯不受红绿灯的控制，所以，可以假想它们总是绿灯*/S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true);private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){this.opposite = opposite;this.next = next;this.lighted = lighted;}/*当前灯是否为绿*/private boolean lighted;/*与当前灯同时为绿的对应方向*/private String opposite;/*当前灯变红时下一个变绿的灯*/private String next;public boolean isLighted(){return lighted;}/** * 某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿 */public void light(){this.lighted = true;if(opposite != null){Lamp.valueOf(opposite).light();}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！");}/** * 某个灯变红时，对应方向的灯也要变红，并且下一个方向的灯要变绿 * @return 下一个要变绿的灯 */public Lamp blackOut(){this.lighted = false;if(opposite != null){Lamp.valueOf(opposite).blackOut();}Lamp nextLamp= null;if(next != null){nextLamp = Lamp.valueOf(next);System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next);nextLamp.light();}return nextLamp;}}

         2、Road类
         每个Road对象都有一个name成员变量来代表方向，有一个vehicles成员变量来代表方向上的车辆集合。
         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）。
         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。

package com.isoftstone.interview.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 {private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();private String name = null;public Road(String name) {this.name = name;// 模拟车辆不断随机上路的过程ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();pool.execute(new Runnable() {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);}}});// 每隔一秒检查对应的灯是否为绿，是则放行一辆车ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1);timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {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, TimeUnit.SECONDS);}}

         3、LampController类
           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，采用主动加载模式最好。                                     LampController构造方法中要设定第一个为绿的灯。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。

import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;import java.util.concurrent.TimeUnit;public class LampController {private Lamp currentLamp;public LampController(){//刚开始让由南向北的灯变绿;currentLamp = Lamp.S2N;currentLamp.light();/*每隔10秒将当前绿灯变为红灯，并让下一个方向的灯变绿*/ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable(){public  void run(){currentLamp = currentLamp.blackOut();}},10,10,TimeUnit.SECONDS);}}