本文實例為大家分享了java多線程實現(xiàn)交通燈管理系統(tǒng)的具體代碼，供大家參考，具體內(nèi)容如下
一. 項目要求
模擬實現(xiàn)十字路口的交通燈管理系統(tǒng)邏輯。詳細需求例如以下：
1、異步隨機生成依照各個路線行駛的車輛。
比如：
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(zhuǎn)車輛
由東向而來去往南向的車輛 ---- 左轉(zhuǎn)車輛
。。。。。
2、信號燈忽略黃燈，僅僅考慮紅燈和綠燈。
3、應(yīng)考慮左轉(zhuǎn)車輛控制信號燈，右轉(zhuǎn)車輛不受信號燈控制。
4、詳細信號燈控制邏輯與現(xiàn)實生活中普通交通燈控制邏輯同樣。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(yīng)先放行直行車輛而后放行左轉(zhuǎn)車輛。
5、每輛車通過路口時間為1秒（提示：可通過線程Sleep的方式模擬）。
6、隨機生成車輛時間間隔以及紅綠燈交換時間間隔自定，能夠設(shè)置。
7、不要求實現(xiàn)GUI。僅僅考慮系統(tǒng)邏輯實現(xiàn)，可通過Log方式展現(xiàn)程序執(zhí)行結(jié)果。
二. 需求分析
總共同擁有12條路線，為了統(tǒng)一編程模型，能夠如果每條路線都有一個紅綠燈對其進行控制。右轉(zhuǎn)彎的4條路線的控制燈能夠如果稱為常綠狀態(tài)，另外。其它的8條線路是兩兩成對的，能夠歸為4組，所以，程序僅僅需考慮圖中標(biāo)注了數(shù)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尾隨這4條路線切換，不必額外考慮。
三. 對象建模
我們初步設(shè)想一下有哪些對象：紅綠燈，紅綠燈的控制系統(tǒng)，汽車，路線。汽車看到自己所在路線相應(yīng)的燈綠了就穿過路口嗎？不是，還須要看其前面是否有車?？辞懊媸欠裼熊?，該問哪個對象呢？該問路。路中存儲著車輛的集合，顯然路上就應(yīng)該有添加車輛和降低車輛的方法了。再看題目，我們這里并不要體現(xiàn)車輛移動的過程。僅僅是捕捉出車輛穿過路口的過程，也就是捕捉路上降低一輛車的過程。所以，這個車并不須要單獨設(shè)計成為一個對象，用一個字符串表示就能夠了。面向?qū)ο笤O(shè)計把握一個重要的經(jīng)驗：誰擁有數(shù)據(jù)。誰就對外提供操作這些數(shù)據(jù)的方法。
每條路線上都會出現(xiàn)多輛車，路線上要隨機添加新的車，在燈綠期間還要每秒鐘降低一輛車。
設(shè)計一個Road類來表示路線，每一個Road對象代表一條路線，總共同擁有12條路線。即系統(tǒng)中總共要產(chǎn)生12個Road實例對象。每條路線上隨機添加新的車輛。添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為綠，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。
設(shè)計一個Lamp類來表示一個交通燈，每一個交通燈都維護一個狀態(tài)：亮（綠）或不亮（紅），每一個交通燈要有變亮和變黑的方法。而且能返回自己的亮黑狀態(tài)?？偣餐瑩碛?2條路線。所以。系統(tǒng)中總共要產(chǎn)生12個交通燈。右拐彎的路線本來不受燈的控制?？墒菫榱俗尦绦驋裼媒y(tǒng)一的處理方式，故如果出有四個右拐彎的燈，僅僅是這些燈為常亮狀態(tài)。即永遠不變黑。
除了右拐彎方向的其它8條路線的燈，它們是兩兩成對的，可以歸為4組。所以。在編程處理時，僅僅要從這4組中各取出一個燈。對這4個燈依次輪詢變亮，與這4個燈方向相應(yīng)的燈則隨之中的一個同變化，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，將相應(yīng)方向的燈也變亮和變黑。每一個燈變黑時，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。
不管在程序的什么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非常大的方便性，永遠都僅僅有代表12個方向的燈的實例對象。
設(shè)計一個LampController類。它定時讓當(dāng)前的綠燈變紅
四. 程序?qū)崿F(xiàn)
1. Road:
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public class Road { private List<String> vechicles = new ArrayList<String>(); private String name; public Road(String name) { this.name = name; // 開啟一個線程： 模擬車輛不斷隨機上路的過程, 1-10s會產(chǎn)生一輛車 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(); } } } }); // 開啟定時器：每隔一秒檢查相應(yīng)的燈是否為綠，是則放行一輛車 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); }} |
每一個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(gòu)造方法中啟動一個線程每隔一個隨機的時間向vehicles集合中添加一輛車（用一個“路線名_id”形式的字符串進行表示）。
在Road對象的構(gòu)造方法中啟動一個定時器，每隔一秒檢查該方向上的燈是否為綠。是則打印車輛集合和將集合中的第一輛車移除掉。
2. Lamp:
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/** * 每一個Lamp元素代表一個方向上的燈，總共同擁有12個方向。全部總共同擁有12個Lamp元素。 * 有例如以下方向上的燈,每兩個形成一組，一組燈同一時候變綠或變紅，所以，程序代碼僅僅須要控制每組燈中的一個燈就可以： * s2n,n2s * s2w,n2e * e2w,w2e * e2s,w2n * ------- * s2e,n2w * e2n,w2s * 上面最后兩行的燈是虛擬的。因為從南向東和從西向北、以及它們的相應(yīng)方向不受紅綠燈的控制。所以，能夠假想它們總是綠燈。 */public enum Lamp { // 每一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), // 以下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(yīng)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，能夠假想它們總是綠燈 S2E(null, null, true), E2N(null, null, true), N2W(null, null, true), W2S(null, null, true); private Lamp(String opposite, String next, boolean lighted) { this.opposite = opposite; this.next = next; this.lighted = lighted; } // 當(dāng)前燈是否為綠 private boolean lighted; // 與當(dāng)前燈同一時候為綠的相應(yīng)方向 private String opposite; // 當(dāng)前燈變紅時下一個變綠的燈 private String next; public boolean isLighted() { return lighted; } /** * 某個燈變綠時。它相應(yīng)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() + " lamp is green。以下總共應(yīng)該有6個方向能看到汽車穿過！"); } /** * 某個燈變紅時，相應(yīng)方向的燈也要變紅，而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) { nextLamp = Lamp.valueOf(next); System.out.println("綠燈從" + name() + "-------->切換為" + next); nextLamp.light(); } return nextLamp; }} |
系統(tǒng)中有12個方向上的燈，在程序的其它地方要依據(jù)燈的名稱就能夠獲得相應(yīng)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為簡單。
每一個Lamp對象中的亮黑狀態(tài)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后的下一個變亮的燈。這三個變量用構(gòu)造方法的形式進行賦值。由于枚舉元素必須在定義之后引用，所以無法再構(gòu)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。
添加讓Lamp變亮和變黑的方法：light和blackOut，對于S2N、S2W、E2W、E2N這四個方向上的Lamp對象。這兩個方法內(nèi)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，其它方向上的Lamp對象的nextLampName和oppositeLampName屬性設(shè)置為null就可以，而且S2N、S2W、E2W、E2N這四個方向上的Lamp對象的nextLampName和oppositeLampName屬性必須設(shè)置為null，以便防止light和blackOut進入死循環(huán)。
3. LampController
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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(); // 開啟定時器：每隔10秒將當(dāng)前綠燈變?yōu)榧t燈，并讓下一個方向的燈變綠 ScheduledExecutorService timer = Executors.newScheduledThreadPool(1); timer.scheduleAtFixedRate(new Runnable() { public void run() { currentLamp = currentLamp.blackOut(); } }, 10, 10, TimeUnit.SECONDS); }} |
整個系統(tǒng)中僅僅能有一套交通燈控制系統(tǒng)，所以，LampController類最好是設(shè)計成單例。
LampController構(gòu)造方法中要設(shè)定第一個為綠的燈。
LampController對象的start方法中將當(dāng)前燈變綠。然后啟動一個定時器。每隔10秒將當(dāng)前燈變紅和將下一個燈變綠。
4. MainClass:
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public class MainClass { public static void main(String[] args) { // 產(chǎn)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(chǎn)生整個交通燈系統(tǒng) new LampController(); }} |
用for循環(huán)創(chuàng)建出代表12條路線的對象。接著再獲得LampController對象并調(diào)用其start方法。
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