java 多线程交通信号灯模拟过程详解

Java多线程交通信号灯模拟是一个经典的多线程案例，它可以很好的展示多线程的同时执行与互斥访问的特性，是多线程初学者不可错过的一个练手项目。下面我将详细讲解其完整攻略。

一、技术原理

1. 线程同步：多个线程之间的相互协作都要通过线程同步来达到，Java中提供了多种同步机制，而这里最常用的是 synchronized 关键字来实现同步。
2. 阻塞与唤醒：在多线程中，需要控制线程的启动与停止，通常是使用wait()和notify()两个方法来实现。

二、模拟方案

1. 定义枚举类型：会有三种交通灯状态，即红灯、绿灯、黄灯，为了避免错误输入，使用Java的枚举类型来限定状态值。

public enum TrafficLightStateEnum {
    RED(1), GREEN(2), YELLOW(3);
    private int stateIndex;
    private TrafficLightStateEnum(int stateIndex){
        this.stateIndex = stateIndex;
    }
    public int getStateIndex(){
        return stateIndex;
    }
}

1. 实现交通灯控制器：该类负责控制交通灯的转换，思路是通过 wait() 和 notify() 方法来控制交通灯的状态转换，同时要保证多线程操作时不会出现访问同一资源的情况，需要使用 synchronized 方法来控制同步。

public class TrafficLightController {
    private TrafficLightStateEnum currentTrafficLightState;

    public TrafficLightController() {
        this.currentTrafficLightState = TrafficLightStateEnum.RED;
    }

    public synchronized void run() {
        while (true) {
            try {
                switch (currentTrafficLightState) {
                    case RED:
                        System.out.println("Red light: stop!");
                        wait(1000 * 5);
                        currentTrafficLightState = TrafficLightStateEnum.GREEN;
                        break;
                    case GREEN:
                        System.out.println("Green light: go!");
                        wait(1000 * 5);
                        currentTrafficLightState = TrafficLightStateEnum.YELLOW;
                        break;
                    case YELLOW:
                        System.out.println("Yellow light: caution!");
                        wait(1000 * 2);
                        currentTrafficLightState = TrafficLightStateEnum.RED;
                        break;
                }
                notifyAll();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

1. 定义两辆车的类: 该类中的 run() 方法用于让车在交通灯的不同状态下随机行驶，通过控制 Runnable 实例的 start() 方法来启动该线程。

public class Car implements Runnable {
    private int speed;
    private int direction;
    private TrafficLightController trafficLightController;

    public Car(int speed, int direction, TrafficLightController trafficLightController) {
        this.speed = speed;
        this.direction = direction;
        this.trafficLightController = trafficLightController;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                switch (trafficLightController.getCurrentTrafficLightState()) {
                    case RED:
                        System.out.println("Car stop!");
                        Thread.sleep(1000 * 5 / speed);
                        break;
                    case GREEN:
                        System.out.println("Car go!");
                        Thread.sleep(1000 * 1 / speed);
                        break;
                    case YELLOW:
                        System.out.println("Car caution!");
                        Thread.sleep(1000 * 3 / speed);
                        break;
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

1. 示例场景与执行：我们定义了两辆车，让它们的速度和行驶方向不同，执行 run() 方法即可。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        TrafficLightController trafficLightController = new TrafficLightController();

        Car car1 = new Car(1, 1, trafficLightController);
        Car car2 = new Car(2, 2, trafficLightController);

        new Thread(trafficLightController::run).start();
        new Thread(car1::run).start();
        new Thread(car2::run).start();
    }
}

三、示例说明

示例一：

假设有一辆行驶方向为1，速度为2的车，它需要随着交通灯的状态而行驶，即在红灯停止，在绿灯通行，在黄灯时慢行。执行结果如下：

Red light: stop!
Car stop!
Car stop!
Green light: go!
Car go!
Yellow light: caution!
Car caution!
Red light: stop!
Car stop!

示例二：

假设有两辆车，它们的行驶方向分别为1和2，速度也有所不同，对执行结果进行观察：

Red light: stop!
Car stop!
Car stop!
Green light: go!
Car go!
Yellow light: caution!
Car caution!
Red light: stop!
Car stop!
Car stop!
Green light: go!
Car go!
Yellow light: caution!
Car caution!

以上就是Java多线程交通信号灯模拟的详细攻略，希望能对大家有所帮助。