多线程实战(一) : 交通灯管理系统

一. 项目要求:

模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：

3. 应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。

4. 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。

5. 每辆车通过路口时间为1秒（提示：可通过线程Sleep的方式模拟）。

6. 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。

7. 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. 需求分析:

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称为常绿状态，另外，其他的8条线路是两两成对的，可以归为4组，所以，程序只需考虑图中标注了数字号的4条路线的控制灯的切换顺序，这4条路线相反方向的路线的控制灯跟随这4条路线切换，不必额外考虑。

<??http://www.2cto.com/kf/ware/vc/" target="_blank" class="keylink">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"brush:java;">public class Road { private List vechicles = new ArrayList (); private String name; public Road(String name) { this.name = name; // 开启一个线程： 模拟车辆不断随机上路的过程, 1-10s会产生一辆车 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); vechicles.add(Road.this.name + "_" + i); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }); // 开启定时器：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); } }

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。

/**
 * 每个Lamp元素代表一个方向上的灯，总共有12个方向，所有总共有12个Lamp元素。
 * 有如下方向上的灯,每两个形成一组，一组灯同时变绿或变红，所以，程序代码只需要控制每组灯中的一个灯即可：
 * s2n,n2s    
 * s2w,n2e
 * e2w,w2e
 * e2s,w2n
 * -------
 * s2e,n2w
 * e2n,w2s
 * 上面最后两行的灯是虚拟的，由于从南向东和从西向北、以及它们的对应方向不受红绿灯的控制，所以，可以假想它们总是绿灯。
 */
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;
	}
}

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。

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。

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。

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();

		// 开启定时器：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);
	}
}

4. MainClass:

public class MainClass {

	public static void main(String[] args) {
		// 产生12个方向的路线 
		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]);
		}

		// 产生整个交通灯系统
		new LampController();
	}
}