Zusammenfassung Modul 223

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1 Zusammenfassung Modul 223 von Christian Roth Powered by Schuschu Bison Schweiz AG, Surentalstrasse 10, CH-6210 Sursee,

2 Inhaltsverzeichnis 1 Entwurfmuster Singleton Verwendung Klassendiagramm Code Observer Verwendung Klassendiagramm Decorator Verwendung Klassendiagramm Code Strategy MVC Model View Controller UML Diagramme Klassendiagramm Sequenzdiagramm Zustandsdiagramm Use-Case Diagramm Allgemeine Fragen OOP Multithreading Thread-Zustände Möglichkeiten in C#...16 Christian Roth Seite 2 von 16

3 1 Entwurfmuster 1.1 Singleton Verwendung Singleton wird verwendet, wenn nur ein Objekt zu einer Klasse existieren darf Typische Beispiele sind - ein zentrales Protokoll-Objekt, das Ausgaben in eine Datei schreibt. - Druckaufträge, die zu einem Drucker gesendet werden, sollen nur in einen einzigen Puffer geschrieben werden. - Datenbankverbindung Klassendiagramm Code public class Singleton /** * Privates Klassenattribut, * wird beim erstmaligen Gebrauch (nicht beim Laden) der Klasse erzeugt */ private static Singleton instance; /** Konstruktor ist privat, Klasse darf nicht von außen instanziiert werden. */ private Singleton() /** * Statische Methode getinstance() liefert die einzige Instanz der Klasse zurück. */ public static Singleton getinstance() if (instance == null) instance = new Singleton(); return instance; Christian Roth Seite 3 von 16

4 1.2 Observer Verwendung Eine oder auch mehrere Komponenten stellen den Zustand eines Objektes grafisch dar. Sie kennen die gesamte Schnittstelle dieses Objektes. Ändert sich der Zustand des Objektes, müssen die Komponenten darüber informiert werden. Andererseits soll das Objekt aber von den Komponenten unabhängig bleiben - ihre Schnittstelle also nicht kennen. Ein Subjekt (Beobachtbares Objekt) kennt eine Liste von Observern, aber keine konkreten Observer. Es bietet eine Schnittstelle zur An- und Abmeldung von Observern und eine Schnittstelle zur Benachrichtigung von Observern über Änderungen an. Ein Konkretes Subjekt (Konkretes, beobachtbares Objekt) speichert den relevanten Zustand und benachrichtigt alle Observer bei Zustandsänderungen über deren Aktualisierungsschnittstelle. Es verfügt über eine Schnittstelle zur Erfragung des aktuellen Zustands. Die Beobachter (Observer) definieren eine Aktualisierungsschnittstelle. Konkrete Beobachter verwalten die Referenz auf ein konkretes Subjekt, dessen Zustand sie beobachten und speichern dessen Zustand konsistent. Sie implementieren eine Aktualisierungsschnittstelle unter Verwendung der Abfrageschnittstelle des konkreten Subjekts Klassendiagramm Christian Roth Seite 4 von 16

5 1.3 Decorator Verwendung Die Instanz eines Dekorierers wird vor die zu dekorierende Klasse geschaltet. Der Dekorierer hat die gleiche Schnittstelle wie die zu dekorierende Klasse. Aufrufe an den Dekorierer werden dann verändert oder unverändert weitergeleitet (Delegation), oder sie werden komplett in Eigenregie verarbeitet. Der Dekorierer ist dabei unsichtbar, da der Aufrufende gar nicht mitbekommt, dass ein Dekorierer vorgeschaltet ist Klassendiagramm class DekoratorMuster -meinefigur Spielfigur + Drohe() : void Monster + Drohe() : void Dekorierer - meinefigur: Spielfigur + Dekorierer(Spielfigur) + Drohe() : void HustenDekorierer + Drohe() : void + HustenDekorierer(Spielfigur) SchnupfenDekorierer + Drohe() : void + SchnupfenDekorierer(Spielfigur) Code public abstract class Spielfigur public abstract void Drohe(); public class Monster : Spielfigur public override void Drohe() Console.WriteLine("Grrrrrrrrrr."); public abstract class Dekorierer : Spielfigur private Spielfigur meinefigur; public Dekorierer(Spielfigur s) meinefigur = s; public override void Drohe() meinefigur.drohe(); public class HustenDekorierer : Dekorierer public HustenDekorierer(Spielfigur s) : base(s) public override void Drohe() Christian Roth Seite 5 von 16

6 Console.Write("Hust, hust. "); base.drohe(); public class SchnupfenDekorierer : Dekorierer public SchnupfenDekorierer(Spielfigur s) public static void Main() Spielfigur meinmonster = new Monster(); meinmonster.drohe(); : base(s) public override void Drohe() Console.Write("Schniff. "); base.drohe(); Spielfigur meinmonster2 = new HustenDekorierer(meinMonster); meinmonster2.drohe(); Spielfigur meinmonster3 = new SchnupfenDekorierer(meinMonster); meinmonster3.drohe(); Spielfigur meinmonster4 = new SchnupfenDekorierer(new HustenDekorierer(meinMonster)); meinmonster4.drohe(); Christian Roth Seite 6 von 16

7 1.4 Strategy Christian Roth Seite 7 von 16

8 1.5 MVC Model View Controller Christian Roth Seite 8 von 16

9 2 UML Diagramme 2.1 Klassendiagramm Christian Roth Seite 9 von 16

10 2.2 Sequenzdiagramm Christian Roth Seite 10 von 16

11 2.3 Zustandsdiagramm Christian Roth Seite 11 von 16

12 2.4 Use-Case Diagramm Christian Roth Seite 12 von 16

13 !!!KEIN PFEIL AUF ANWENDUNGSFALL!!! Christian Roth Seite 13 von 16

14 3 Allgemeine Fragen 3.1 OOP Christian Roth Seite 14 von 16

15 3.2 Multithreading Programmcode, der in einer Sequenz abgearbeitet wird, nennt man einen Programmfaden, englisch Thread. Ein Programm, das nur aus einem einzigen Programmfaden besteht, heisst single threaded. Ein Programm, das über mehrere Threads verfügt, wird Multithread-Programm genannt. Immer dann, wenn eine Aufgabe mehr als eine Sekunde in Anspruch nehmen kann, sollten Sie darüber nachdenken, ob sich der Programmieraufwand für die Erzeugung eines Threads lohnt. Schreiben Sie niemals ein Multithread-Programm, wenn ein Singlethread-Programm ausreichend wäre. Begriff Scheduler Preemptive Scheduler kooperative Scheduler Echtzeitsystem Round-Robin First-Come First-Served Shortest Job First Thread Stapelspeicher (Stack) Dynamischer Speicher (Heap) Bedeutung Steuerprogramm, das die zeitliche Ausführung mehrerer Prozesse in Betriebssystemen regelt. teilen die CPU von vornherein nur für eine bestimmte Zeitspanne zu und entziehen dem Prozess diese daraufhin wieder Scheduler lassen einen Prozess, nachdem ihm die CPU einmal zugeteilt wurde, solange laufen, bis dieser diese von sich aus wieder freigibt oder bis er blockiert Computersystem, das ein Ergebnis innerhalb eines vorher fest definierten Zeitintervalles garantiert berechnet. Einem Prozess wird die CPU für eine bestimmte (kurze) Zeitspanne zugeteilt. Danach wird der Prozess wieder hinten in die Warteschlange eingereiht Hierbei werden alle Prozesse in der Reihenfolge ihres Eingangs bearbeitet. Dabei werden einzelne Prozesse immer komplett verarbeitet, bevor der nächste Prozess an die Reihe kommt. Diese Strategie erzielt eine gute Auslastung bezüglich der CPU, allerdings nicht bezüglich Ressourcen, die längere Zeit für eine Anforderung benötigen können, wie z. B. Ein-/Ausgabe oder Massenspeicher. Für Mehrbenutzersysteme ist die Strategie darüber hinaus wenig geeignet, da einzelne Benutzer so ggf. für längere Zeit (nämlich bei aufwendigen Prozessen anderer Benutzer) ausgeschlossen werden Hierbei wird die Länge der Rechenzeit zur Bestimmung der Rangfolge herangezogen. Threads mit einer kurzen Rechenzeit werden den längeren vorgezogen. Folglich kann es zu dem Problem führen, dass ein Thread mit einer langen Rechenzeit fast nie zum Zuge kommt. bezeichnet in der Informatik einen Ausführungsstrang oder eine Ausführungsreihenfolge in der Abarbeitung eines Programms. Ein Thread ist Teil eines Prozesses. Elemente können nur oben auf den Stapel gelegt (Push) und auch nur von dort wieder gelesen werden (Pop). Elemente werden übereinander gestapelt und in umgekehrter Reihenfolge vom Stapel genommen. Dies wird auch Last In First Out-Prinzip (LIFO) genannt. Speicherbereich, aus dem zur Laufzeit eines Programms zusammenhängende Speicherabschnitte angefordert und in beliebiger Reihenfolge wieder freigegeben werden können. Der Unterschied zum Stack besteht darin, dass beim Stack angeforderte Speicherabschnitte in der umgekehrten Reihenfolge wieder freigegeben werden müssen, in der sie angefordert wurden. Christian Roth Seite 15 von 16

16 3.2.1 Thread-Zustände Wert Running Ready Wait Initialized Standby Transition Terminated Bedeutung Der Thread wird aktuell auf der CPU ausgeführt. Pro CPU kann nur ein Thread diesen Zustand einnehmen. Der Thread wartet darauf, eine CPU zugeteilt zu bekommen. Der Thread ist mir deswegen nicht im Zustand Running weil derzeit keine CPU frei ist. Alle Threads im Zustand Ready sind entsprechend ihrer Priorität gruppiert. Nur Threads aus der obersten nicht leeren Prioritätsgruppe können in den Zustand Running wechseln. Der Thread wartet auf die Freigabe einer Ressource oder auf ein Ereignis und steht daher dem Scheduler vorläufig nicht zur Verfügung, um gestartet zu werden. Tritt das Ereignis ein oder steht die Ressource wieder zur Verfügung, so wechselt der Zustand auf Wait. Warten mehrere Threads gleicher Priorität auf das gleiche Ereignis oder die gleiche Ressource, so garantiert das Betriebssystem nicht, dass der Thread, der bereits länger wartet, als erster in den Zustand Running tritt. Bei unterschiedlichen Prioritäten wird immer der Thread mit höchster Priorität bevorzugt. Der Thread wurde bereits initialisiert, aber noch nicht gestartet. Der Thread wird nachfolgend die CPU-Ressource erhalten. Nur ein Thread kann in diesem Zustand sein. Der Thread wartet auf eine Ressource, die nicht die CPU ist. Er wartet nicht auf ein Synchronisationsobjekt oder -ereignis, sondern beispielsweise auf das Nachladen des benötigten Speichers von der Festplatte. Der Thread wurde beendet. Möglichkeit Multitasking Timer Multithreading Asynchrone Verarbeitung Hintergrundverarbeitung Client/Server Möglichkeiten in C# Verwendung Mehrere gleichartige Aufgaben, die gleichzeitig unterschiedliche Daten bearbeiten und gegenseitig keinen Einfluss nehmen. Zyklisch wiederkehrende Aufgaben. Gleichzeitiger Zugriff auf gemeinsame Daten im Prozessraum ist möglich. Beliebige wiederkehrende Aufgabenteilung und gleichzeitiger Zugriff auf Prozessinterne Daten (Heap) aus verschiedenen Threads möglich. Spezialform des Multithreadings. Die.NET-Bilbliothek unterstützt mit vielen Klassen die asynchrone Verarbeitung. Spezialform des Multithreadings für vereinfachte Handhabung der Threads. Bearbeitung von Aufgaben auf zentralen Computern. Funktioniert nur mit Interprozesskommunikation (z.b Remoting) Hilfsmittel Effekt volatile Das C#-Schlüsselwort definiert, dass eine Variable nicht in einem Prozessorregister gespeichert wird und dass stets der aktuelle Wert im Speicher vorhanden ist. Monitor Ein Mittel der.net-klassenbibliothek für die Synchronisation der Codeausführung lock( ) Wie Monitor, aber Sprachmittel der Sprache C# Mutex Mittel der. NET-Klassenbibliothek für die Mutual-Exclusive-Synchronisation des Zugriffs mehrerer Threads auf Daten Semaphor Mittel der.net-klassenbibliothek für die Synchronisation des Zugriffs mehrerer Threads auf Daten. Der Semaphor unterscheidet sich vom Mutex dadurch, dass keine Exklusvität, wohl aber eine maximale Menge von gleichzeitigen Zugriffen kontrolliert werden kann. Christian Roth Seite 16 von 16