如何利用java多线程实现交通灯管理系统

这篇文章主要讲解了“如何利用java多线程实现交通灯管理系统”，文中的讲解内容简单清晰，易于学习与理解，下面请大家跟着小编的思路慢慢深入，一起来研究和学习“如何利用java多线程实现交通灯管理系统”吧！

一. 项目要求

模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑。详细需求例如以下：

1、异步随机生成依照各个路线行驶的车辆。

比如：
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
。。。。。

2、信号灯忽略黄灯，仅仅考虑红灯和绿灯。

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、详细信号灯控制逻辑与现实生活中普通交通灯控制逻辑同样。不考虑特殊情况下的控制逻辑。

注：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。

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，能够设置。

7、不要求实现GUI。仅仅考虑系统逻辑实现，可通过Log方式展现程序执行结果。

二. 需求分析

总共同拥有12条路线，为了统一编程模型，能够如果每条路线都有一个红绿灯对其进行控制。右转弯的4条路线的控制灯能够如果称为常绿状态，另外。其它的8条线路是两两成对的，能够归为4组，所以，程序仅仅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尾随这4条路线切换，不必额外考虑。

三. 对象建模

我们初步设想一下有哪些对象：红绿灯，红绿灯的控制系统，汽车，路线。汽车看到自己所在路线相应的灯绿了就穿过路口吗？不是，还须要看其前面是否有车。看前面是否有车，该问哪个对象呢？该问路。路中存储着车辆的集合，显然路上就应该有添加车辆和降低车辆的方法了。再看题目，我们这里并不要体现车辆移动的过程。仅仅是捕捉出车辆穿过路口的过程，也就是捕捉路上降低一辆车的过程。所以，这个车并不须要单独设计成为一个对象，用一个字符串表示就能够了。面向对象设计把握一个重要的经验：谁拥有数据。谁就对外提供操作这些数据的方法。

每条路线上都会出现多辆车，路线上要随机添加新的车，在灯绿期间还要每秒钟降低一辆车。

设计一个Road类来表示路线，每一个Road对象代表一条路线，总共同拥有12条路线。即系统中总共要产生12个Road实例对象。每条路线上随机添加新的车辆。添加到一个集合中保存。每条路线每隔一秒都会检查控制本路线的灯是否为绿，是则将本路线保存车的集合中的第一辆车移除，即表示车穿过了路口。

设计一个Lamp类来表示一个交通灯，每一个交通灯都维护一个状态：亮（绿）或不亮（红），每一个交通灯要有变亮和变黑的方法。而且能返回自己的亮黑状态。总共同拥有12条路线。所以。系统中总共要产生12个交通灯。右拐弯的路线本来不受灯的控制。可是为了让程序採用统一的处理方式，故如果出有四个右拐弯的灯，仅仅是这些灯为常亮状态。即永远不变黑。

除了右拐弯方向的其它8条路线的灯，它们是两两成对的，可以归为4组。所以。在编程处理时，仅仅要从这4组中各取出一个灯。对这4个灯依次轮询变亮，与这4个灯方向相应的灯则随之中的一个同变化，因此Lamp类中要有一个变量来记住自己相反方向的灯，在一个Lamp对象的变亮和变黑方法中，将相应方向的灯也变亮和变黑。每一个灯变黑时，伴随者下一个灯的变亮。Lamp类中还用一个变量来记住自己的下一个灯。

不管在程序的什么地方去获得某个方向的灯时，每次获得的都是同一个实例对象，所以Lamp类改用枚举来做显然具有非常大的方便性，永远都仅仅有代表12个方向的灯的实例对象。

设计一个LampController类。它定时让当前的绿灯变红

四. 程序实现

1. Road:

public class Road {
 private List<String> vechicles = new ArrayList<String>();

 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：每隔一秒检查相应的灯是否为绿，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);
 }
}

每一个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集合中添加一辆车（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。

2. Lamp: 

/**
 * 每一个Lamp元素代表一个方向上的灯，总共同拥有12个方向。全部总共同拥有12个Lamp元素。
 * 有例如以下方向上的灯,每两个形成一组，一组灯同一时候变绿或变红，所以，程序代码仅仅须要控制每组灯中的一个灯就可以：
 * s2n,n2s    
 * s2w,n2e
 * e2w,w2e
 * e2s,w2n
 * -------
 * s2e,n2w
 * e2n,w2s
 * 上面最后两行的灯是虚拟的。因为从南向东和从西向北、以及它们的相应方向不受红绿灯的控制。所以，能够假想它们总是绿灯。

 */
public enum Lamp {
 // 每一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),
 // 以下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，能够假想它们总是绿灯
 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;

 // 与当前灯同一时候为绿的相应方向
 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。它相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。以下总共应该有6个方向能看到汽车穿过！");
 }

 /**
  * 某个灯变红时，相应方向的灯也要变红，而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，在程序的其它地方要依据灯的名称就能够获得相应的灯的实例对象。综合这些因素，将Lamp类用java5中的枚举形式定义更为简单。

每一个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。由于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。

添加让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，其它方向上的Lamp对象的nextLampName和oppositeLampName属性设置为null就可以，而且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。

3. LampController

public class LampController {
 private Lamp currentLamp;

 public LampController() {
  // 刚開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);
 }
}

整个系统中仅仅能有一套交通灯控制系统，所以，LampController类最好是设计成单例。
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。

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();
 }
}

用for循环创建出代表12条路线的对象。接着再获得LampController对象并调用其start方法。

感谢各位的阅读，以上就是“如何利用java多线程实现交通灯管理系统”的内容了，经过本文的学习后，相信大家对如何利用java多线程实现交通灯管理系统这一问题有了更深刻的体会，具体使用情况还需要大家实践验证。这里是亿速云，小编将为大家推送更多相关知识点的文章，欢迎关注！