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java 多线程交通信号灯模拟过程详解

这学期我们java课程的课程设计项目----交通信号灯的线程设计

  • 实验目的：多线程设计，同步机制
  • 题意 设计一个交通信号灯类：
    • 变量：位置、颜色（红、黄、绿）、显示时间（秒）。
    • 方法：切换信号灯。
  • 创建并启动两个线程（东西向、南北向）同时运行。
  •  实验要求
    • 设计线程。
    • 设计路口信号灯示意图界面。
    • 进一步将每个方向的信号灯分成3种车道灯：左转、直行和右转。
    • 根据车流量进行时间的模糊控制。

在课程设计的开始并没有仔细看老师的要求，只知道是交通信号灯。然后就开始各种找资料，百度，网上大量的关于红绿灯的设计都是参考张孝祥老师的教程，大概的设计方法是创建了三个类 lamp、road、lampcontrol。

然鹅......对.....然鹅又来了，在查了大概两天资料后，我又反过来看了一遍老师发的设计要求.....这这这.....，光控制灯就行了啊，不要车的啊，捂脸...

所以设计思路马上就变得清晰，根据张老师的做法，每个路口都有三个灯，分别为左转、直行、右转，所以一共有12盏灯。按照要求，右转灯为常亮灯，左转和直行灯才有红绿交替。在除去右转灯的八个灯里面，又可以分为四组可以两两匹配的灯，分别为东西左转南北（平行转垂直）、南北直行（垂直通行）、南北左转东西（垂直转平行）、东西直行（平行通行）。

于是我给这个12个灯编了个号：

emmm 大概就是这样，但是跟生活中的红绿灯不同，生活中的都是看对面路口的灯，我们这里是模拟嘛....就各个路口用各个路口的灯呗.....

大致解释一下，

1号灯为由南向西的左转灯，2号灯为由南向北的直行灯，3号灯为由南向东的右转灯。

4号灯为由东向北的右转灯，5号灯为由东向西的直行灯，6号灯为由东向南的左转灯。

7号灯为由北向西的右转灯，8号灯为由北向南的直行灯，9号灯为由北向东的左转灯。

10号灯为由西向北的左转灯，11号灯为由西向东的直行灯，12号灯为由西向南的右转灯。

然后根据匹配的原则，大概就是这么一张图：

我们就可以得到：

这四组信号灯。

到这里我们思路就很清晰了，我们可以分别为每一组信号灯开一个进程，然后使四个进程循环交替进行就实现了绿灯的转换。使用了程的同步技术。

当然，我们都已经开了四个进程了，为了锦上添花，我当然不介意再加个小车了hhhhhh

实验结果图：

源代码：

light类：

package traffic;
 public class light {
	int x,y;         //灯在画布上的位置
	boolean status;      //灯的状态
	public light(int x,int y,boolean islight) {
		this.x=x;        
		this.y=y;
		this.status=islight;
	}
	public void setlight(boolean sta) {    //对外接口更改灯的状态
		this.status=sta;
	}
}

lamp类：

package traffic;
 public class lamp implements Runnable {
	light opposite, now;      //相互匹配的两个灯
	int greentime;         //绿灯亮的时间
	int name;            //编组
	boolean status;         //状态
	static Object lock = new Object();
 
	public lamp(light l0, light l2,int gt, boolean st, int name) {
		now = l0;
		opposite = l2;
		status = st;
		greentime = gt;
		this.name = name;
		lightstatues();
	}
 
	public void change() { 
		this.status = !(this.status);
		lightstatues();
	}
	public void setgreentime(int time) {
		this.greentime=time;
	}
	public int getgreentime() {
		return this.greentime;
	}
	public void lightstatues() {
		opposite.setlight(status);
		now.setlight(status);
	}
 
	public void run() {
		while (true) {
			synchronized (lock) {        //使用synchronized实现进程间的互斥
				if (name == mainclass.panel.islight) {      //使用辅助变量实现进程按顺序循环
					//System.out.println("now is: "+name);
					change();
					mainclass.panel.repaint();
					try {
						Thread.sleep(greentime);
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
					lock.notifyAll();        //唤醒其他进程
					change();
					mainclass.panel.LampChange();
					mainclass.panel.repaint();
					try {
						lock.wait();
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				} else {
					try {
						lock.wait();      //挂起进程
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
			}
		}
	}
}

Mypanel类：

package traffic;
 
import java.awt.Color;
import java.awt.Graphics;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Random;
import javax.swing.JPanel;
public class Mypanel extends JPanel {
	light l0,l2,l3,l4,l5,l6,l7,l8,l9,l10,l11,l12;   //十二个灯
	lamp lamp1,lamp2,lamp3,lamp4;           //四组信号灯
	static int islight;                //实现进程循环的辅助变量
	Random r=new Random();
	static public ArrayList<light> lightlist= new ArrayList<light>();  //使用list方便遍历每个灯
	static public ArrayList<car> carlist= new ArrayList<car>();          //方便遍历每个车
	public Mypanel() {
		// TODO Auto-generated constructor stub
		l0=addlist(l0, 212, 316, false);
		l2=addlist(l2, 242, 316, false);	
		l3=addlist(l3, 272, 316, true);	
		l4=addlist(l4, 316, 116, true);	
		l5=addlist(l5, 316, 146, false);	
		l6=addlist(l6, 316, 176, false);	
		l7=addlist(l7,116 , 70, true);	
		l8=addlist(l8, 146, 70, false);	
		l9=addlist(l9, 176, 70, false);	
		l10=addlist(l10, 70, 212, false);	
		l11=addlist(l11, 70, 242, false);	
		l12=addlist(l12, 70, 272, true		
		lamp1=new lamp(l9,l0,2000,false,0);
		lamp2=new lamp(l11,l5,2000,false,1);
		lamp3=new lamp(l10,l6,2000,false,2);
		lamp4=new lamp(l8,l2,2000,false,3);
 		islight = 0 ;		
		Thread t1=new Thread(lamp1);      //创建并启动线程
		Thread t2=new Thread(lamp2);
		Thread t3=new Thread(lamp3);
		Thread t4=new Thread(lamp4);
		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();
		t4.start();
	}
	light addlist(light a,int x,int y,boolean sta) {
		a=new light(x,y,sta);
		lightlist.add(a);
		return a;
	}
	public void addcar() {          //生成小车
		int now,next;
		now=r.nextInt(4);
		next=r.nextInt(4);
		car testcar=null;
		while(now==next) 
			next=r.nextInt(4);
		switch(now) {
		case 0:
			testcar=new car(now,next,l0,l2,l3);
			break;
		case 1:
			testcar=new car(now,next,l6,l5,l4);
			break;
		case 2:
			testcar=new car(now,next,l9,l8,l7);
			break;
		case 3:
			testcar=new car(now,next,l10,l11,l12);
			break;
		}
		carlist.add(testcar);
		Thread catt=new Thread(testcar);
		catt.start();
	}
	public void LampChange() {
		islight=(islight+1)%4;
	}
	public void paint(Graphics g) {
		super.paint(g);
		
		g.setColor(Color.darkGray);    //画路
		g.fillRect(0, 100, 400, 6);
		g.fillRect(0, 300, 400, 6);
		g.fillRect(100, 0, 6, 400);
		g.fillRect(300, 0, 6, 400);
		g.setColor(Color.gray);
		g.fillRect(0, 200, 400, 2);
		g.fillRect(200, 0, 2, 400);
		g.setColor(Color.blue);	
		g.setColor(Color.black);     //画信号灯板
		g.fillRect(202,306, 100, 40);
		g.fillRect(306,106, 40, 100);
		g.fillRect(106,60, 100, 40);
		g.fillRect(60,202,40, 100);
		light temp;
		car buf;
		for(int i=0;i<carlist.size();i++) {   //画车
			buf=carlist.get(i);
			g.setColor(Color.BLUE);
			g.fillRect(buf.x, buf.y, 50, 50);
		}
		for(int i=0;i<lightlist.size();i++) {    //画灯
			temp=lightlist.get(i);
			if(temp.status)
				g.setColor(Color.green);
			else
				g.setColor(Color.RED);
			g.fillOval(temp.x, temp.y, 20, 20);
		}
	}
}

welcomepanel类：

package traffic; 
import java.awt.Color;
import java.awt.Font;
import java.awt.Graphics;
import javax.swing.JPanel; 
public class welcomepanel extends JPanel implements Runnable{  //开始界面
	int info = 0;
	Boolean isLive=true; 
	public void paint(Graphics g) {
		super.paint(g);
		g.fillRect(0, 0, 420,450);
		g.setColor(Color.red);
		g.setFont(new Font("微软雅黑", Font.BOLD, 30));
		if (info % 2 == 0) {
			g.drawString("多线程红绿灯模拟", 80, 150);
		}
	}
 
	public void run() {
		// TODO Auto-generated method stub
		while (true) {
			try {
				Thread.sleep(100);
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}
			info++;
			this.repaint();
			if (isLive == false) {
				break;
			}
		}
	}	
}

set类：

package traffic; 
import java.awt.FlowLayout;
import java.awt.GridLayout;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener; 
import javax.swing.JButton;
import javax.swing.JDialog;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JLabel;
import javax.swing.JOptionPane;
import javax.swing.JPanel;
import javax.swing.JTextField; 
public class set extends JFrame implements ActionListener {   //设置界面
  JLabel lab1,lab2,lab3,lab4;
  JTextField jtext1,jtext2,jtext3,jtext4;
  JPanel panel1,panel2,panel3,panel4;
  JButton jb1,jb2;
  int time1,time2,time3,time4;
	public set(){ 
  	lab1=new JLabel("南北左转东西：");
  	lab2=new JLabel("东西直行：");
  	lab3=new JLabel("东西左转南北：");
  	lab4=new JLabel("南北直行：");
  	time1=mainclass.panel.lamp1.getgreentime();
  	time2=mainclass.panel.lamp2.getgreentime();
  	time3=mainclass.panel.lamp3.getgreentime();
  	time4=mainclass.panel.lamp4.getgreentime();
  	jtext1=new JTextField(String.valueOf(time1));
  	jtext2=new JTextField(String.valueOf(time2));
  	jtext3=new JTextField(String.valueOf(time3));
  	jtext4=new JTextField(String.valueOf(time4));
  	
  	jb1=new JButton("确定");
  	jb1.addActionListener(this);
  	jb2=new JButton("取消");
  	jb2.addActionListener(this);  	
  	this.setLayout(new GridLayout(5,2,10,5));
  	this.add(lab1);
  	this.add(jtext1);
  	this.add(lab2);
  	this.add(jtext2);
  	this.add(lab3);
  	this.add(jtext3);
  	this.add(lab4);
  	this.add(jtext4);
  	this.add(jb1);
  	this.add(jb2);  	
  	this.setLocationRelativeTo(null); 
  	this.setSize(200, 200); 
  	this.setDefaultCloseOperation(JFrame.DISPOSE_ON_CLOSE);
  	this.setResizable(false);
    this.setVisible(true); 
  }
  public void actionPerformed(ActionEvent e) {
  	if(e.getSource()==jb1) {
  		
  		if(jtext1.getText().length()==0||jtext2.getText().length()==0||jtext3.getText().length()==0||jtext4.getText().length()==0) 
  			JOptionPane.showMessageDialog(this, "请输入完整数据！", "错误", JOptionPane.INFORMATION_MESSAGE);
  		else {
  			mainclass.panel.lamp1.setgreentime(Integer.parseInt(jtext1.getText()));
  			mainclass.panel.lamp2.setgreentime(Integer.parseInt(jtext2.getText()));
  			mainclass.panel.lamp3.setgreentime(Integer.parseInt(jtext3.getText()));
  			mainclass.panel.lamp4.setgreentime(Integer.parseInt(jtext4.getText()));
  			this.dispose();
  		}
  	}else if(e.getSource()==jb2){
  		this.dispose();
  	}
  }
}

mainclass主类：

package traffic;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener; 
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JMenu;
import javax.swing.JMenuBar;
import javax.swing.JMenuItem;
import javax.swing.JOptionPane; 
public class mainclass extends JFrame implements ActionListener{
	static Mypanel panel;	
	JMenuBar jmb;
	JMenu jm1, jm2;
	JMenuItem jmi1, jmi2,jmi3,jmi4;
	welcomepanel sp;	
	mainclass(){
		this.setTitle("traffic lamp");
		this.setSize(420,450);
		this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
		jmb=new JMenuBar();	
		jm1=new JMenu("控制");
		jm2=new JMenu("设置");	
		jmi1=new JMenuItem("开始模拟");
		jmi1.addActionListener(this);
		jmi2=new JMenuItem("退出模拟");
		jmi2.addActionListener(this);
		jmi3=new JMenuItem("随机生成小车");
		jmi3.addActionListener(this);
		jmi4=new JMenuItem("更改绿灯时间");
		jmi4.addActionListener(this);
		jm1.add(jmi1);
		jm1.add(jmi2);
		jm1.add(jmi3);
		jm2.add(jmi4);
		jmb.add(jm1);
		jmb.add(jm2);
		
		this.setJMenuBar(jmb);
		
		sp=new welcomepanel();
		Thread t=new Thread(sp);
		t.start();
		this.setContentPane(sp);
		
		this.setLocationRelativeTo(null); 
		this.setResizable(false);
		this.setVisible(true);
	}
	
	public void actionPerformed(ActionEvent e) {
		if(e.getSource()==jmi1) {
			sp.isLive=false;
			this.remove(sp);
			panel = new Mypanel();
			this.setContentPane(panel);
			this.setVisible(true);
		}else if(e.getSource()==jmi2) {
			System.exit(0);
		}else if(e.getSource()==jmi3) {
			if(panel==null)
  			JOptionPane.showMessageDialog(this, "请开始模拟再生成小车", "错误", JOptionPane.INFORMATION_MESSAGE);
			else panel.addcar();
		}else if (e.getSource() == jmi4) {
			if(mainclass.panel==null)
  			JOptionPane.showMessageDialog(this, "请开始模拟再进行设置", "错误", JOptionPane.INFORMATION_MESSAGE);
			else new set();
			}
		}
	public static void main(String[] args) {
		new mainclass();
	}
}

多线程正确性测试：

我们在lamp类的run（）方法中添加了一句控制台打印命令，每次进程运行时即会打印此进程的name成员

正确的打印结果应该为 0-1-2-3-4-0-1-2-3-4-.......-1-2-3-....

控制台的输出结果为：

符合预测结果，实验完成！

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持呐喊教程。

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