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！

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