Netzwerkprogrammierung & Threads

Transkript

1 & Praktikum aus 1

2 & URL, URLConnection, UDP, TCP Parallele Abläufe, Synchronisation, 2

3 Grundlagen (1/4) Kommunikation zwischen verteilten Programmen Host Computer Java Virtuelle Maschine Host Computer Java Java Virtuelle Virtuelle Maschine Maschine JVM, Web Server, Datenbank, Ftp.. Netzwerk Adapter Netzwerk Adapter Netzwerk 3

4 Grundlagen (2/4) OSI 7 Schichten 7: Application 6: Presentation 5: Session 4: Transport 3: Network 2: Data Link 1: Physical Übertragung OSI 7 Schichten Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Netzwerk 4

5 Grundlagen (3/4) ISO OSI, IP und Java OSI 7 Schichten Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Interface zum Netzwerk Adapter Internet Client oder Server: HTTP, FTP... TCP, UDP Internet Protocol Ethernet, Token Ring, FDDI,.. java.net URL Streams, Reader, Writer Socket InetAddress 5

6 IP, TCP, UDP Internet Protocol (IP) Routing der IP-Pakete (versehen mit Empfänger, Sender) Transport Control Protocol (TCP) Verbindung: Aufbau eines Kommunikationskanal Stückelt Nachricht in mehrere durchnummerierte Pakete Überprüft ob Paket Ziel erreicht hat, ansonsten Wiederholung Empfänger setzt Pakete in richtiger Reihenfolge wieder zusammen Uniform Datagram Protocol (UDP) Keine Verbindung - zustandslos Pakete werden durch Anwendung gesendet Paket kann verloren gehen, keine Kontrolle 6

7 Grundlagen (4/4) OSI 7 Schichten Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical 7

8 HTTP und URLs Hypertext Transfer Protocol (HTTP/1.1) Uniform Resource Locator protocol :// host [:port] /filepath [ref] RFC Beispiele: ftp:// file://d:/tmp/sample.html 8

9 Verwendung von URLs Ein Objekt der Klasse java.net.url repräsentiert eine Resource im Internet try { URL u = new URL(" catch(malformedurlexception e) { Parsen: u.getprotocol(); u.gethost(); //... (File, Port, Ref) Direktes Lesen von einer URL: InputStream in = u.openstream(); 9

10 URLConnection Verbindung wird durch ein URLConnection Objekt repräsentiert und bei dessen Erzeugung aufgebaut. URL u = new URL( ); URLConnection uc = u.openconnection(); Datenaustausch erfolgt über Streams der InputStream ui = uc.getinputstream(); OutputStream uo = uc.getoutputstream(); HttpURLConnection HttpURLConnection httpuc = (HttpURLConnection)uc; httpuc.getrequestmethod(); httpuc.getresponsemessage(); 10

11 Beispiel: "mailto:" import java.io.*; import java.net.*;... System.setProperty("mail.host", smtp.tiscover.com"); URL u = new URL("mailto:godot@world.net"); URLConnection conn = u.openconnection(); PrintWriter out = new PrintWriter( new OutputStreamWriter(conn.getOutputStream())); out.println("subject: Test"); out.println(); out.println("hello World!"); out.close();... 11

12 Sockets Sockets sind die Schnittstelle zwischen Anwendung und Netzwerkverbindung Host:Port zur Identifizierung der Anwendungen Host Http-Client Host Http-Server 9951 UDP: Pakete 80 TCP: Stream Die "Server"-Anwendung wartet auf einem vereinbarten Port auf Verbindungsaufnahmen durch Client-Anwendungen 12

13 TCP verbindungsorientiert Kommunikation erfolgt bidirektional über Sockets Socket := (Host, Portnummer) Implementierung des Datenaustausches mit Streams Client stellt Verbindung her durch Instanziierung eines Socket Objektes Server ist implementiert durch ServerSocket und wartet auf einer bestimmten Portnummer auf Anfragen: public Socket accept(); Verbindungsabbruch durch Schließen des Sockets 13

14 TCP Verbindungsaufbau Client Socket s = new Socket(<Host>,<Port>); InputStream si = s.getinputstream(); OutputStream so = s.getoutputstream(); Server (gestartet auf <Host>) ServerSocket ss = new ServerSocket(<Port>); Socket s = ss.accept(); // blockierend InputStream from_so = s.getinputstream(); OutputStream to_si = s.getoutputstream(); Das Socket Objekt repräsentiert die Verbindung 14

15 UDP paketorientiert Datenaustausch basiert auf Paketen (Datagramme) DatagramPacket repräsentiert Datenpaket Paket zum Senden: DatagramPacket(byte[] buf, int length, <Host>, <Port>) Paket zum Empfangen: DatagramPacket(byte[] b, int len) DatagramSocket zum Senden und Empfangen public void send(datagrampacket d); public void receive(datagrampacket d); 15

16 UDP Senden/Empfangen Initialisierung DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9998); Request schicken InetAddress address = InetAddress.getByName("host"); DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length, address, 8889); socket.send(packet); Response empfangen packet = new DatagramPacket(buf, buf.length); socket.receive(packet); String received = new String(packet.getData()); 16

17 & URL, URLConnection, UDP, TCP Parallele Abläufe, Synchronisation, 17

18 Eigenschaften "Heavy-weight" Prozess Adressraum Ausführungszustand Programmzähler, Ausführungs-Stack eventuell mehrere "Light-weight" Prozess (Thread) teilt sich den Adressraum mit seinem Parent und anderen jeder Thread ist ein eigener, sequentieller Kontrollfluss mit einem eigenen Programmzähler, Ausführungs-Stack und Zustand User-Thread Daemon-Thread: terminieren automatisch, wenn der letzte nicht- Daemon Thread beendet wird Paralleler Ablauf des Parent-Prozesses und aller 18

19 Implementierung von Ableiten von der Klasse java.lang.thread und Überschreiben der Methode run Implementierung des Interfaces Runnable und Übergabe des Objekts an ein Thread Objekt im Konstruktor class Clock implements Runnable { public void run() {... Clock clk = new Clock(); Thread clkthread = new Thread(clk).start(); 19

20 Beispiel: SimpleThread java.lang.thread void run() void start() Leer- Implement ierung VM erzeugt OS-Thread und ruft run() auf SimpleThread void run() {... Hauptprogramm von SimpleThread public class ThreeTest { public static void main (String[] args) { new SimpleThread("Jamaica").start(); new SimpleThread("Fiji").start(); new SimpleThread( Bora").start(); 20

21 Lebenszyklus 21

22 SimpleThread Sequenzdiagramm 22

23 Thread, Runnable und Object 23

24 Beispiel: Time Server public class TimeServer { public static void main (String args[]) throws IOException { ServerSocket server = new ServerSocket(1234); while (true) { System.out.println("Waiting for client..."); Socket client = server.accept(); System.out.println("Client from" + client.getinetaddress() + "connected."); TimeHandler handler = new TimeHandler(client); new Thread(handler).start(); 24

25 Beispiel: Time Handler public class TimeHandler implements Runnable { private Socket client; public TimeHandler(Socket _client) { client = _client; public void run () { try { DataOutputStream out = new DataOutputStream( new BufferedOutputStream(client.getOutputStream())); Date date = new Date(); System.out.println(date.toString()); out.writeutf(date.tostring()); out.flush(); client.close(); catch (IOException e) { System.err.println(e); 25

26 Prioritäten Jeder Thread hat bestimmte Priorität public final static int MAX_PRIORITY = 10; public final static int NORM_PRIORITY = 5; public final static int MIN_PRIORITY = 1; Priorität kann selbst definiert werden: public final void setpriority(int np); public final int getpriority(); Thread mit höchster Priorität läuft bis zum Thread- Ende Scheduling nur für mit gleicher Priorität 26

27 Schlüsselwörter Variablen: volatile Synchronisation (1/2) Codeblöcke und Methoden: synchronized Blöcke können auch verschachtelt sein Jedes Objekt hat einen Monitor (realisiert Lock) Eintritt in einen synchronized Block des Objekts nur möglich, wenn Zählerstand des Monitors auf 0, bei Eintritt wird Zählerstand erhöht. Nicht-synchronized Methoden können immer ausgeführt werden. synchronized wird nicht vererbt 27

28 <Object>.wait() Synchronisation (2/2) ein Thread, der einen Lock auf <Object> hat, wird unterbrochen und kommt in eine Warteschlange Monitor wird freigegeben (Zähler auf 0 gesetzt) <Object>.notify() oder notifyall() Ein Thread H (holder) gibt Zustandsänderung bekannt Ein Thread W (waiter) kommt aus der Warteschlange und wartet, bis H Monitor freigibt durch: Beenden, bzw. Verlassen des synchronized Blocks Geht selbst in Warteposition mit wait() Wenn W Monitor erhält, wird er aktiviert 28

29 Producer / Consumer Beispiel (1/2) Consumer muss mit dem Lesen warten bis aktuelle Daten vorhanden sind Producer muss mit dem Schreiben warten, bis Consumer die aktuellen Daten abgeholt hat 29

30 Producer / Consumer Beispiel (2/2) class Producer extends Thread { Data dat; Producer(Data dat) { this.dat = dat; public void run() { while (1==1) { dat.put(i);... class Consumer extends Thread { Data dat; Consumer(Data dat) { this.dat = dat; public void run() { while (1==1) { System.out.println(dat.get());... 30

31 Implementierungsdetails (1/2) Schreiben auf Data public synchronized void put(int i) { while (newvalue) { try { wait(); catch(interruptedexception e) { val = i; newvalue = true; notifyall(); 31

32 Implementierungsdetails (2/2) Lesen von Data public synchronized int get() { while (!newvalue) { try { wait(); catch(interruptedexception e) { newvalue = false; notifyall(); return val; 32

33 Gruppen Gruppierung von Gemeinsame Eigenschaften, gemeinsame Manipulation Jeder Thread gehört zu einer Thread Gruppe public Thread(ThreadGroup group,string name) public final ThreadGroup getthreadgroup() Klasse ThreadGroup public ThreadGroup(String name) public ThreadGroup(ThreadGroup parent,string name) public static int enumerate(thread[] tarray) public void destroy() Thread Gruppen können geschachtelt sein public ThreadGroup getparent() 33

34 Ende der 3. Übung 34