====== Laboratorium 11 - Wątki: animacja, pobieranie plików ======

Wątek to program sekwencyjny, który może być wykonywany //współbieżnie// z innymi wątkami.
  *Wykonywany kod umieszczamy w metodzie ''run()''
  *Wątki uruchamiamy wywołując metodę ''start()''
  *Wątki kończą działanie po wyjściu z metody ''run()''


:!: Uwaga - wywołanie ''run()'' wykona funkcję, ale nie jako osobny wątek. :!: 
===== 11.1 Zegar - wątek Clock =====

Zadeklaruj klasę Clock

<code java>
public class Clock extends Thread{
    
    @Override
    public void run() {
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        new Clock().start();
    }
}
</code>

==== Kod wykonywany przez wątek ====


Następnie w metodzie ''run()''
  *dodaj pętlę nieskończoną
  *w pętli odczytuj i drukuj bieżący czas

<code java>
   LocalTime time = LocalTime.now();
   System.out.printf("%02d:%02d:%02d\n",
       time.getHour(),
       time.getMinute(),
       time.getSecond());
</code>

==== Usypianie wątku ====

Prawdopodobnie ten sam czas drukuje się wielokrotnie.
Uśpij wątek na jedną sekundę (1000 milisekund) wprowadzając wywołanie metody ''sleep()''

===== 11.2 Zegar z GUI =====

Zaimplementujemy zegar analogowy wyświetlający (i przesuwający wskazówki). 

  *Zegar będzie rysowany wewnątrz klasy ''ClockWithGui'' dziedziczącej po ''JPanel''. 
  *W funkcji ''main()'' utworzona zostanie ramka, dodany do niej panel, itd

<code java>
public class ClockWithGui extends JPanel {

    LocalTime time = LocalTime.now();
    
    public static void main(String[] args) {
        JFrame frame = new JFrame("Clock");
        frame.setContentPane(new ClockWithGui());
        frame.setSize(700, 700);
        frame.setLocationRelativeTo(null);
        frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        frame.setResizable(true);
        frame.setVisible(true);

    }
}

</code>

==== Rysujemy tarczę ====

Kod umieszczamy w ''paintComponent()''

Poniżej przykład rysowania cyfr na tarczy. 

  *tworzymy macierz  [[https://pl.wikipedia.org/wiki/Przekszta%C5%82cenie_afiniczne|przekształcenia afinicznego (powinowactwa)]] 
  *definiujemy obrót o wielokrotność ''360/12'' stopni
  *wyznaczamy obraz punktu w przekształceniu. 
  *Ten punkt ma współrzędne (0,-120). Wartość 120 to promień, znak minus bo współrzędne ''y'' rosną w dół. Lokalizacja cyfr nie jest idealna, warto odjąć od x (przed przekształceniem) szerokość tekstu. Jeszcze lepiej zrealizowana metoda powinna odczytać wymiary tekstu dla danej czcionki.

<code java>
   public void paintComponent(Graphics g){
        Graphics2D g2d=(Graphics2D)g;
        g2d.translate(getWidth()/2,getHeight()/2);

        for(int i=1;i<13;i++){
            AffineTransform at = new AffineTransform();
            at.rotate(2*Math.PI/12*i);
            Point2D src = new Point2D.Float(0,-120);
            Point2D trg = new Point2D.Float();
            at.transform(src,trg);
            g2d.drawString(Integer.toString(i),(int)trg.getX(),(int)trg.getY());
        }
 
   }
</code>

:!: Gdyby ktoś potrzebował inspiracji - można zajrzeć na kod rysujący tarczę zegara w [[https://www.w3schools.com/graphics/canvas_clock.asp|JavaScript]].
Kontekst graficzny ''ctx'' w JavaScript jest analogiem Grapics2D w bibliotece Swing. Transformacje afiniczne mają podobną postać...

==== Rysujemy wskazówki ====

Tak rysujemy jedną ze wskazówek (godzinową)...

<code java>
        AffineTransform saveAT = g2d.getTransform();
        g2d.rotate(time.getHour()%12*2*Math.PI/12);
        g2d.drawLine(0,0,0,-100);
        g2d.setTransform(saveAT);

</code>

Możesz zmienić kształt (np. narysować wielobok) lub użyć pogrubienia ''g2d.setStroke(new BasicStroke(???, CAP_ROUND,JOIN_MITER))''

==== Kreski na tarczy ====

Dorysuj samodzielnie...


==== Animacja wskazówek ====

W klasie ''ClockWithGui'' zadeklaruj klasę wewnętrzną będącą wątkiem.

<code java>
    class ClockThread extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            for(;;){
                time = LocalTime.now();
                System.out.printf("%02d:%02d:%02d\n",time.getHour(),time.getMinute(),time.getSecond());
                
                //sleep(1000);
                repaint();
            }
        }
    }

</code>

  *Dlaczego w ''ClockThread'' możliwy jest dostęp do atrybutu ''time''?
  *Za co odpowiada metoda ''repaint()''? Jest to metoda wątku czy JPanel?

===== 11.3 Pobieranie plików =====

Celem przykładu jest porównanie czasów sekwencyjnego i współbieżnego pobierania plików.

Całość zamkniemy w jednej klasie/pliku ''DownaloadExample''. Ale oczywiście można kod rozdzielić.

<code java>
public class DownloadExample {

// lista plików do pobrania
   static String [] toDownload = {
            "https://home.agh.edu.pl/pszwed/wyklad-c/01-jezyk-c-intro.pdf",
            "https://home.agh.edu.pl/~pszwed/wyklad-c/02-jezyk-c-podstawy-skladni.pdf",
            "https://home.agh.edu.pl/~pszwed/wyklad-c/03-jezyk-c-instrukcje.pdf",
            "https://home.agh.edu.pl/~pszwed/wyklad-c/04-jezyk-c-funkcje.pdf",
            "https://home.agh.edu.pl/~pszwed/wyklad-c/05-jezyk-c-deklaracje-typy.pdf",
            "https://home.agh.edu.pl/~pszwed/wyklad-c/06-jezyk-c-wskazniki.pdf",
            "https://home.agh.edu.pl/~pszwed/wyklad-c/07-jezyk-c-operatory.pdf",
            "https://home.agh.edu.pl/~pszwed/wyklad-c/08-jezyk-c-lancuchy-znakow.pdf",
            "https://home.agh.edu.pl/~pszwed/wyklad-c/09-jezyk-c-struktura-programow.pdf",
            "https://home.agh.edu.pl/~pszwed/wyklad-c/10-jezyk-c-dynamiczna-alokacja-pamieci.pdf",
            "https://home.agh.edu.pl/~pszwed/wyklad-c/11-jezyk-c-biblioteka-we-wy.pdf",
            "https://home.agh.edu.pl/~pszwed/wyklad-c/preprocesor-make-funkcje-biblioteczne.pdf",
    };

}

</code>

=== Downloader ===

Zadeklaruj zagnieżdżoną klasę ''Downolader''. [//Jeżeli wolisz, możesz utworzyć klasę zewnętrzną//]

  *Klasa ma metodę ''run()'' i implementuje interfejs ''Runnable'' można wiec ją uruchomić jako wątek lub bezpośrednio
  *Kopiowanie pliku - zapoznaj się z //try with resource// --  {{ :java:w7-java-wyjatki.pdf | wykład o wyjątkach (pod koniec)}}


<code java>
    static class Downloader implements Runnable{
        private final String url;

        Downloader(String url){
            this.url = url;
        }

        public void run(){
            String fileName = //nazwa pliku z url

            try(InputStream in = new URL(url).openStream(); FileOutputStream out = new FileOutputStream(fileName) ){
                for(;;){
                    // czytaj znak z in
                    // jeśli <0 break
                    //zapisz znak do out
                }
            } catch (FileNotFoundException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("Done:"+fileName);
        }

    }

</code>

=== Pobieranie sekwencyjne ===

Zaimplementuj, uruchom, przetestuj metodę ''sequentialDownload''

<code java>
    static void sequentialDownload(){
        double t1 = System.nanoTime()/1e6;
        for(String url:toDownload){
            new Downloader(url).run();  // uwaga tu jest run()
        }
        double t2 = System.nanoTime()/1e6;
        System.out.printf(Locale.US,"t2-t1=%f\n",t2-t1);
    }

</code>


=== Pobieranie współbieżne v.1 ===

<code java>
    static void concurrentDownload(){
        double t1 = System.nanoTime()/1e6;
        for(String url:toDownload){
            // uruchom Downloader jako wątek... czyli wywołaj start()
        }
        double t2 = System.nanoTime()/1e6;
        System.out.printf(Locale.US,"t2-t1=%f\n",t2-t1);
    }

</code>

Czy podawany jest poprawny czas? Jeśli nie to dlaczego?

=== Pobieranie współbieżne v.2 ===

Zrealizuj rozwiązanie polegające na zliczaniu pobranych plików

  *W klasie ''DownloadExample'' zadeklaruj statyczną zmienną ''static int count = 0;''
  *W klasie ''Downloader'' po zakończeniu zwiększ count o jeden
  *Zaimplemntuj funkcję concurrentDownload2 z sekwencją oczekiwania na zakończenie pobierania plików

<code java>
        while(count!=toDownload.length){
            // wait...
            Thread.yield();
        }
</code>


=== Pobieranie współbieżne v.2.5  ===

Zmień typ danych ''count'' na [[https://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/util/concurrent/atomic/AtomicInteger.html|AtomicInteger]] i podmień wszystkie operacje. To bezpieczniejsze (i zalecane) rozwiązanie.


=== Pobieranie współbieżne v.3 ===

Zamiast aktywnego oczekiwania wątku na zakończenie operacji wprowadzimy mechanizm synchronizacji - [[https://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/util/concurrent/Semaphore.html|semafor]].

Semafor to zmienna całkowita (licznik), na której można wykonać dwie atomowe (=niepodzielne) operacje:
  *''release()'' -- zwiększa licznik o 1
  *''acquire(int cnt)'' 
      *zawiesza wątek w oczekiwaniu, aż licznik semafora będzie większy lub równy cnt, 
      *następnie zmniejsza licznik o cnt i odblokowuje oczekujący wątek

Dodaj semfor do klasy ''DownloadExample'' 
  <code java>
  static Semaphore sem = new Semaphore(0);
  </code>

Po zakończeniu pobierania pliku w ''Downolader'' wywołaj ''sem.release'' (zwiększa licznik w semaforze o 1)

W funkcji ''concurrentDownload3()'' wywołaj ''sem.acquire()'' podając odpowiednią wartość. Wątek funkcji ''main()'' będzie czekał na dokończenie wywołania ''sem.acquire()'', które nastąpi, kiedy wszystkie wątki Downloader zakończą działanie. Następnie odczytaj rzeczywiste czasy pobierania i porównaj z czasem sekwencyjnym.