Dan's Brain

Programmazione III

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Teoria

Programmazione ad Oggetti

Concetti Base

Secondo Alan Kay (Smalltalk)

  • Oggetti fornitori di servizi

    • Stato
      • attributi
    • Tipo/Classe

  • Richieste/Metodi - delega al metodo, si conosce l’API non l’implementazione

    • modificano lo stato
    • invio richieste ad altri oggetti
    • comunicazione di informazioni

  • Object-oriented Design

    • progettazione orientato ad O

  • Classe/Istanza

    • astratto/concreto
      • concreto anche in memoria nello Heap

p. procedurale vs p. oggetti

  • Procedurale
    • Algoritmi + Strutture Dati
  • Oggetti
    • Oggetti + Collaborazione si scorporano funzionalitá diverse in oggetti diversi: delega
      1. dati + algoritmi
      2. interfacce

Gerarchia

  • kind-of hierarchy
  • part-of hierarchy
  • ereditarieta'

  • polimorfismo

    • Binding Dinamico

      Binding statico, all’atto della compilazione Binding dinamico, l’esecutore puó controllare i tipi degli oggetti, e decidere a runtime il body del metodo da eseguire

      • esegue l’implementazione piú specifica possibile
      • solo sui metodi, le variabili non vanno a fare overriding

      Estremamente modulare e scalabile, meccanismo di delaga

    • Classi Astratte

      Utilizzate come interfaccia comune e pubblica, la sottoclasse andrá a implementare i dettagli

    • Interfacce

      Non possono avere metodi non astratti

      • non sono soggette all’ereditarietá singola, una classe puó implementare tutte le interfacce di cui ha bisogro

    • Overloading

      Definizione di firma alternativa di metodo esistente A tempo statico viene scelta la firma, é bloccante e se ci sono eventuali overloading vengono persi

      • a runtime si discende solamente la catena di ereditarietá

    • Overriding

      Diverso dall’Overloading in quanto le firme sono le stesse

  • reflection

Tipi Generici

Introdotti per scrivere codice generico, applicabile a piú tipi di dati

  • type checking statico
  • il compilatore previa compatibilitá tra tipo attuale e generico, sostituisce il tipo attuale a E
    • erasure
  • vincoli/restrizioni sul tipo T: upperbound al tipo parametrico
    • extends Comparable <T>.
    • extends a una singola classe
      • ma multiple inferfacce

  • Raw types

    Utilizzando Object direttamente, in questo modo peró il compilatore non puó controllare la correttezza dei tipi

  • Collezioni

    Vincoli sintattici per evitare errori a Runtime che non sarebbero rilevati:

    • quindi le Collection sono controllate per Nome del tipo, non viene considerata l’ereditarietá
      • si risolve utilizzando l’upcasting

    Per risolvere e definire una Collection di qualsiasi cosa

    • Collection<?>.
    • si utilizza la wildcard
      • per restringerlo si utilizza anche in questo caso extends

Interfacce

  • Collection
    • Add()
  • Iterator
    • hasNext()
    • next()

Classi e Interfacce innestate

Innestando una classe dentro l’altra si facilita il codice mantenendo i contenenti privati

  • questo vale sia dalla classe interna che quella estesna

Per information hiding la classe interna puó essere solo meno visibile o uguale a quella esternaPer information hiding la classe interna puó essere solo meno visibile o uguale a quella esternanon puó sempre rispondere

  • le classe IN hanno un puntatore outerThis che permette di fare riferemento al contenitore
    • tramite quello hanno accesso come fossero locali

  • Classi innestate in interfacce

    • Interfaccia publica
      • classe statica che rappresenta l’implementazione di default dell’Iterfaccia
    • si puó estendere oppure

    Possibile avere classi nested anonime definendo in line

    • return new Iteratore(){ ... }

    Posso essere ancora piú sintetico utilizzando le lambda expression

    • ovviamente non deve esserci ambiguitá per quanto riguarda i parametri, un’interfaccia con metodi non ambigui e con poche righe di codice si presta ad una lambda
    • inoltre é possibile omette i tipi dei parametri se sono inferibili
    • é possibile omettere graffe e return se si tratta di una singola istruzione, deve essere una funzione (restituire un valore)
    • se il paremetro é uno si possono omettere le parentesi tonde

Pattern Architetturali

Una classe Kernel che utilizza una Interfaccia Modulo cui poi si sceglierá una implementazione con una Implementazione del Modulo

  • Observer-Observable
  • Model View Controller
  • Facade
    • lavorare in upcasting quando permesso
    • utilizzare interfacce e non classi specifiche per parti la cui implementazione puó variare

IO

  • Flussi di byte
    • InputStream
    • OutputStream
    • PrintStream
  • File
    • FileReader
    • FileWriter

Utile comporre stream

Buffered Reader in = new BufferedReader(new FileReader(“es.txt”))

Per scrivere e leggere dati primitivi:

  • DataInputStream
  • DataOutputStream

Per scrivere e leggere oggetti (Serializable)

  • ObjectInputStream
  • ObjectOutputStream
  • file testuali
    • Scanner
    • File
    • PrintWriter
  • file binari
    • FileInputStream
    • FileOutputStream

Da File

GUI

  • AWT - Abstact Window Toolkit
  • SWING
    • JFrame
    • JApplet
    • JDialog

Programmazione ad Eventi

Event-Driven Programming

Differentemente da un classico programma, che ad un input restituisce un output seguendo un suo flusso di controllo e solo raramente si attende input dal utente, questa metodologia consiste in procedure che rispondono a certi eventi

  • event handlers
  • events

Si distinguono due fasi:

  • Ciclo di individuazione degli eventi
  • Gestione degli eventi

Dopo essere stati creati gli event-handlers devono essere associati come listener ad un evento di una specifica sorgente, componente la GUI

  • Eventi

    In Java Oggetti derivati dalla classe EventObject

    • eventi semantici
      • su componenti virtuali dell’interfaccia
    • eventi low-level
      • eventi fisici relativi al mouse o tastiera

    Sono gestiti con un meccanismo di delega

    • la sorgente, generato un evento, passa un oggetto che descrive l’evento ad un listener
      • registrato presso la sorgente
      • il passaggio dell’evento cousa l’invocazione di un metodo del listener

  • Sorgenti

    I diversi componenti dell’interfaccia

    • JButton
    • JTextField
    • Component
    • Window

  • Listener

    O event-handler, istanza di una classe che contiene metodi per gestire gli eventi Per ogni tipo di evento é definita una interfaccia che il listener deve implementare

    • ActionListener
      • void addActionListener(ActionListener I)
    • MouseListener
    • MouseMotionListener
    • WindowListener

    Per non dover implementare tutti i metodi dell’interfaccia che ci interessa sono state introdotte le classi filtro

    • implementazioni di default delle interfacce dei listener

      • metodi che non fanno nulla
      • si fa overriding solamente dei metodi di gestione che ci servono

    • WindowListener → WindowAdapter

Organizzazione e uso GUI

Model View Controller

MVC

  • Model
    • memorizza e recupera i dati
    • mantiene lo stato dell’applicazione
  • View
    • gestisce l’interfaccia
    • visualizza i dati del Model
    • gestisce l’interazione con l’utente
  • Controller
    • interpreta l’input dell’utente
    • istruisce il Model in base all’input

Separa le implementazioni, in questo modo sono indipendenti e facilmente sostituibili

  • solitamente il legame principale é tra controller e modello e controller e view
  • il legame diretto tra modello e vista é contemplato solo in situazioni piú semplici
    • il refresh della vista é automatizzato dal modello Observer-Observable
      • al cambiamento il model segnala il cambiamento agli osservatori

JavaFX

Il successore di SWING

  • separa il contenuto dalla sua visualizzazione tramite stylesheet CSS
  • permette il binding di property dei Model con elementi dell’interfaccia utente aggiornando automaticamente le viste
  • offre classi/interface che implementano Observer Observable
  • permette anche di scrivere interfacce in XML

  • Componenti

    • Stage
      • finestra
    • Scene
      • una principale
    • Panels
    • Buttons
  • Scene Builder

Programmazione Multithread

Stesso processo - Esecuzione concorrente di istruzioni Piú leggeri rispetto ai processi concorrenti

  • in JFrame viene attivato un thread di interfaccia utente
    • contiene tutti i listener dell’interfaccia

Si utilizzano classi in estensione a Thread

  • si creano in memoria con la new
  • si lanciano in parallelo il metodo run() con il metodo start()
  • si puó inserire lo start() all’interno del costruttore

Questo ha il problema dell’ereditarietá singola.

Per separare logicamente Thread (esecutore) e ció che va eseguito esiste l’interfaccia Runnable

  • contengono il metodo run()
  • eseguibile con new Thread(Runnable r)

I Thread possono eseguire il metodo join(Thread t) per aspettare che t abbia terminato run() per continuare la propria esecuzione

Deamon

Un Thread puó essere dichiarato come Deamon

  • utilizzato per servizi

In particolare termina solo quando tutti i Thread parenti terminano

Sincronizzazione

Necessaria su oggetti con accesso condiviso

  • in particolare quando le operazioni eseguite non sono atomiche

Le sezione critiche possono essere gestite con:

  • Semaphore(int n)
    • acquire()
    • release()

In Java peró ogni Object é dotato di lock

  • ogni istanza possiede un semaforo binario lock
  • questo é utilizzato con la dichiarazione del metodo synchronized
  • il lock é sulla singola instanza dell’oggetto, quindi la sincronizzazione avviene su piú esecuzioni di metodo synchronized dello stesso oggetto
  • sincronizzazione server side
    • i client chiamano senza preoccuparsi, della sincronizzazione se ne occupa il server

Anche l’oggetto Class relativo ha un lock

  • relativo a tutto ció che statico

Per dichiarare sezioni critiche solamente sezioni di metodi si utilizza il metodo:

  • synchronized(Object o)

Per i puntatori o contatori esiste AtomicInteger

  • Thread

    I Thread possono attendere lo stato giusto della risorsa con il metodo:

    • wait()
      • sbloccati attraverso notifica
      • notifyAll()
      • notify()
        • risvegli il primo della coda di wait

    Le due situazioni che si possono creare con un utilizzo errato della sincronizzazione:

    • deadlock
    • starvation

    Tra Thread la comunicazione puó essere gestita facilmente con le Pipe

  • BlockingQueue

    Interfaccia generica

  • Lock e Condition

    Ogni oggetto ha un lock implicito. Per usare lock espliciti si utilizza l’interfaccia Lock Implementata ad esempio in ReentrantLock

    • newCondition()
      • restituisce un oggetto di tipo Condition
        • await()
        • signal()
        • signalAll()

    ReadWriteLock

    • Lock readLock()
    • Lock writeLock()

Pool

Thread Pool Si creano un numero di Thread in un colpo solo a cui sono poi assegnati man mano i compiti da eseguire.

  • sono dotati di coda in cui sono inserite le task man mano
  • il Pool si auto gestisce le code bilanciandole

  • Executor

    Executor Interface

    • ExecutorService newFixedThreadPool(int n)
    • ScheduleExecutorService newScheduledThreadPool(int n)
    • ScheduleAtFixedRate

    shutdown()

Runnable

Task che corrisponde a un metodo con ritorno void

Callable<T>

Task che é parametrizzato con T generico

  • public T call()

  • Future<T>

    Futuretask(Callabre<T> task)

    • isDone()
    • get()
      • sospende in caso non abbia ancora terminato la computazione

Programmazione in Rete

Architettura Client-Server

Socket

Pipe per applicativi su macchine diverse

  • l’unica differenza e' la connessione remota

Il package Java che permettono l’uso di queste funzionalita' e' java.net

import java.net;
try {
    String ip = "time-c.nist.gov";
    int port = 14;
    Socket s = new Socket(ip, port);
} catch (IOException e) {
    e.pringStackTrace();
} finally {
    s.close();
}

Server Socket

Con l’uso di accept() ci si mette in attesa di una richiesta di connessione da un socket client

try {
   ServerSocket server = new ServerSocket(port);
   Socket client = s.accept();

   try {
       InputStream in = client.getInputStream();
       OutputStream out = client.getOutputStream();
   } catch (IOException e) {
       e.pringStackTrace();
   }
} catch (IOException e){
    e.pringStackTrace();
} finally {
    try {
        client.close();
        server.close();
    } catch (IOException e) {
        e.pringStackTrace();
    }
}

Per servire piu' client:

while (true){
    Socket incoming = s.accept();
    Runnable r = new ThreadedEchoHandler(incoming);
    Thread t = new Thread(r);
    t.start();
}

Polimorfismo

Il polimorfismo viene mantenuto ma il client deve disporre delle definizioni necessarie Questo tipo di operazione crea problemi di sicurezza e Loader

  • se si utilizzano classi definite da noi
  • ma queste classi non sono controllate
    • se le classi devono essere scaricate da rete dinamicamente esiste
    • Security Manager
      • specificati permessi
        • IP specifici
        • tipo di connessioni
      • permette l’uso di class loader dinamico

Polimorfismo

Esecuzione Distribuita

Laboratorio

MVC

  1. <~/Uni/III/ProgIII/L/MVC/org/prog3/lab/week6/es1/es1_svolto/Exercise1.java>
  2. <~/Uni/III/ProgIII/L/MVC/org/prog3/lab/week6/es2/ProverbsApp.java>

Progetto

eMail Client-Server

  • Server
    • ha una interfaccia grafica con il log delle operazioni client-server
  • Modello
    • mail
      • account
        • ben formata
      • lista di messaggi - inbox
        • eventualmente vuota se non ha messaggi
        • List di Classe EMail
          • ID
          • mittente
          • destinatario / destinatari
          • soggetto
          • testo
          • data
          • …
  • Client
    • associato ad un account
    • Intefaccia grafica
      • creazione / invio mail
      • lettura messaggi inbox
      • rispondere a un messaggio
      • forward di un messaggi
      • rimozione messaggi
      • aggiornata
        • notifica nuovi messaggi
    • lo stato dell’Inbox mantenuto lato server
      • attendere riscontro docenti
    • il client dovrebbe funzionare anche se ci sono problemi di connessione con il server
      • avvertendo il client
  • Multithreading
    • se una operazione puó essere parallelizzata allora deve esserlo
  • Properties / Java Beans
    • per l’implementazione della View
    • consigliato

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