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.

Zadeklaruj klasę Clock

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

Następnie w metodzie run()

• dodaj pętlę nieskończoną
• w pętli odczytuj i drukuj bieżący czas

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

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

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

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);
 
    }
}

Kod umieszczamy w paintComponent()

Poniżej przykład rysowania cyfr na tarczy.

• tworzymy macierz 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.

   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());
        }
 
   }

Gdyby ktoś potrzebował inspiracji - można zajrzeć na kod rysujący tarczę zegara w JavaScript. Kontekst graficzny ctx w JavaScript jest analogiem Grapics2D w bibliotece Swing. Transformacje afiniczne mają podobną postać…

Tak rysujemy jedną ze wskazówek (godzinową)…

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

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

Dorysuj samodzielnie…

W klasie ClockWithGui zadeklaruj klasę wewnętrzną będącą wątkiem.

    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();
            }
        }
    }

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

Celem przykładu jest porównanie czasów sekwencyjnego i współbieżnego pobierania plików.

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

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",
    };
 
}

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 – wykład o wyjątkach (pod koniec)

    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);
        }
 
    }

Zaimplementuj, uruchom, przetestuj metodę sequentialDownload

    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);
    }

    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);
    }

Czy podawany jest poprawny czas? Jeśli nie to dlaczego?

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

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

Zmień typ danych count na AtomicInteger i podmień wszystkie operacje. To bezpieczniejsze (i zalecane) rozwiązanie.

Zamiast aktywnego oczekiwania wątku na zakończenie operacji wprowadzimy mechanizm synchronizacji - 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

  static Semaphore sem = new Semaphore(0);
 

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.