1 Abbildung JavaSpaces in AID Thomas Ewender Freie Universität Berlin

2 Inhalt Erläuterung des Beispiels Kommunikation über verteilte Datenstruktur Verhalten der Umgebung Verhalten der Komponente Aufrufbasierte Schnittstelle Abbildung in AID IN-Ereignisse INOUT-Ereignisse Mögliche OUT-Ereignisse Initialisierung der Komponente

3 Auftragssystem MP3Worker MP3Requester Ergebnis- tupelraum Ergebnis abblegen Auftrag ablegen Auftrag annehmen Auftrag ablegen Ergebnis entgegennehmen Auftrags- tupelraum

4 Abbildung einer JavaSpaces-Komponente in AID (Treiberseite) X X Y Vermittlungs- kanal Fremdartige Umgebung Vermittlungskanal Stellvertreter Treiber JavaSpaces-Komponente

5 Beispiel für eine JavaSpaces-Komponente: Ein fairer MP3Worker Der MP3Requester legt Aufträge mit den für den Umwandlungsprozess benötigten Daten (binäre WAV-Daten, Dateiname) in einem JavaSpace ab. Ein oder mehrere MP3Worker nehmen diese in einem MP3Request -Objekt gekapselten binären WAV-Daten aus dem JavaSpace, wandeln diese in MP3-Daten um und legen das Ergebnis, gekapselt in einem MP3Result -Objekt, wieder im JavaSpace ab. Betrachtete Komponente: Schnittstelle der MP3Worker

6 Beispiel für eine JavaSpaces-Komponente: Ein fairer MP3Worker MP3Requester MP3Worker MP3Request MP3Result MP3Request MP3Result JavaSpace Channel MP3Request MP3Result

7 Kommunikation über verteilte Datenstruktur Die verteilte Schlange wird in JavaSpaces durch zwei Begrenzer-Objekte head und tail der Klasse Index realisiert. Sie beinhalten die Indizes für den Kopf und das Ende der Schlange. Alle Aufträge ( MP3Request- Objekte) besitzen ebenfalls eine Position innerhalb der Schlange tail (Klasse Index ) MP3Requests 7 head (Klasse Index )

8 Kommunikation über verteilte Datenstruktur public class Index implements Entry { public String type; // "head" or "tail" public String channel; public Integer position; public Index() {} public Index(String type, String channel, Integer position) this.type = type; this.channel = channel; this.position = position; }... }

9 Erzeugen der Schlange im JavaSpace public class ChannelCreator {... public static void main(String[] args) { ChannelCreator c = new ChannelCreator(); c.createChannel(args[0]); } private void createChannel(String channelName) { space = SpaceAccessor.getSpace(); Index head = new Index("head", channelName, new Integer(1)); Index tail = new Index("tail", channelName, new Integer(0)); space.write(head, null, Lease.FOREVER); space.write(tail, null, Lease.FOREVER); }

10 Der faire MP3Requester Der MP3Requester nimmt Rücksicht auf die Begrenzungsobjekte der verteilten Schlange Dies geschieht in der Methode getRequestNumber, die die Handhabung des tail-Objekts übernimmt und die Position, unter der der Auftrag eingefügt werden muss, zurückliefert.

11 Der faire MP3Requester: Ablegen des Auftrags private Integer getRequestNumber( String channel) { Index template = new Index("tail", channel); Index tail = (Index) space.take(template, null, Long.MAX_VALUE); tail.position++; space.write(tail, null, Lease.FOREVER); return tail.position; }

12 Der faire MP3Requester: Ablegen des Auftrags private void append(String channel, String inputName, byte[] rawData, String from) { Integer num = getRequestNumber(channel); MP3Request request = new MP3Request(channel, num, inputName, rawData, from); space.write(request, null, Lease.FOREVER); }

13 Der faire MP3Requester: Auslesen des Auftrags public void getResults(String from) { MP3Result template = new MP3Result(from); MP3Result result = null; String outputName = ""; while(true) { result = (MP3Result)space.take( template, null, Long.MAX_VALUE); displayResult(result); }

14 Der Konterpart: Der faire MP3Worker Die MP3Worker überprüfen ständig, ob Aufträge im JavaSpace vorhanden sind. while(true) { processNextRequest(); }

15 Der Konterpart: Der faire MP3Worker private void processNextRequest() { Index tail = readIndex("tail", channel); Index head = removeIndex("head, channel); if (tail.position.intValue() < head.position.intValue()) { // there are no requests writeIndex(head); return; }

16 Der Konterpart: Der faire MP3Worker // get the next request & increment the head MP3Request request = removeRequest(channel, head.position); head.position++; writeIndex(head); // encode mp3 using request object // data is stored in tmpOutputFile... outputData = Utils.getRawData(tmpOutputFile); MP3Result result = new MP3Result(inputName, outputData, from); space.write(result, null, Lease.FOREVER);... }

17 Schnittstelle der Komponente aus Sicht einer aufrufbasierten Java-Umgebung public interface MP3Worker { //public MP3Worker(String channelName); public int getTailPosition(String channel); **/ public void setTail(String channel, int position); public byte[] encodeMP3(String inputName, String channelName, int position, String from, byte[] data ); }

18 Abbildung in AID mit Hilfe von Annotationen: IN-Ereignisse IN setTail string channel, int position | classname_in=channel.Index | attribute_in type=tail | spacename_in=music.mp3ts

19 Erinnerung Klasse Index package channel; public class Index implements Entry { public String type; // "head" or "tail" public String channel; public Integer position; public Index() {} public Index(String type, String channel, Integer position) this.type = type; this.channel = channel; this.position = position; }... }

20 Abbildung in AID mit Hilfe von Annotationen: INOUT-Ereignisse INOUT getTailPosition string channel RETURNS int position | classname_out=channel.Index | attribute_out type=tail | spacename_out=music.mp3ts

21 Abbildung in AID mit Hilfe von Annotationen: INOUT-Ereignisse Für die Entnahme des Tupels wird die Belegung der Attribute gebraucht (hier channel ). Information fließt in beide Richtungen. Synchrones INOUT-Ereignis gewählt, da OUT-Ereignis von der Komponente initiativ ausgehen müsste und asynchron nur in eine Richtung geschickt würde.

22 Abbildung in AID mit Hilfe von Annotationen: INOUT-Ereignisse Unterscheidung der JavaSpaces- Operationen take und read : Im Standardfall wird das Tupel aus dem Tupelraum entnommen ( take ). Das ist im Beispiel der Fall. Soll es nur gelesen werden, ist die Annotation read_only nötig.

23 Umsetzung von encodeMP3(…) Umsetzung dieser Schnittstellenmethode: public byte[] encodeMP3( String inputName, String channelName, int position, String from, byte[] data ); In JavaSpaces: Aufeinanderfolgendes Schreiben und Entnehmen der Tupel MP3Request und MP3Result

24 Umsetzung von encodeMP3(…) MP3Request request = new MP3Request(channel, num, inputName, rawData, from); space.write(request, null, Lease.FOREVER);... MP3Result template = new MP3Result(from); MP3Result result = (MP3Result)space.take( template, null, Long.MAX_VALUE);

25 Abbildung in AID mit Hilfe von Annotationen: INOUT-Ereignisse (Teil 2) Zusammenfassung der Ablage und Entnahme semantisch zusammengehöriger Tupel zu einem einzigen AID-Ereignis Abstraktion vom reinen Schreiben und Entnehmen von Tupeln hin zur Frage- Antwort-Semantik von AID Nur syntaktische Erweiterung, lässt sich auch durch die bisher definierten Abbildungen beschreiben

26 Abbildung in AID mit Hilfe von Annotationen: INOUT-Ereignisse (Teil 2) INOUT encodeMP3 string channelName, | write int position, | write string inputName, | matching_param byte[] data, | write string from | matching_param RETURNS byte[] data | classname_in mp3converter.MP3Request | classname_out mp3converter.MP3Result | spacename_in music.mp3ts | spacename_out music.mp3ts

27 Abbildung in AID mit Hilfe von Annotationen: INOUT-Ereignisse (Teil 2) Zuerst wird ein Entry-Objekt von Typ classname_in ( MP3Request ) erzeugt und seine Attribute mit denjenigen Parametern gesetzt, die die Annotation write besitzen. Konstante Attribute werden durch die Annotation attribute_in erkannt und die entsprechenden Felder des Entry-Objekts gesetzt. Mit matching_param annotierte Parameter werden ebenfalls gesetzt Dieses Objekt wird in den Tupelraum abgelegt.

28 Abbildung in AID mit Hilfe von Annotationen: INOUT-Ereignisse (Teil 2) Anschließend wird ein Template vom Typ classname_out erzeugt, um ein Anwort-Tupel zu entnehmen. Attribute des Template-Objekts werden die Werte der mit take und matching_param annotierten Parameter und der Annotationen attribute_out zugewiesen. Mit dem Template wird eine take -Operation auf den JavaSpace ausgeführt und die Rückgabewerte des AID-Ereignisses entsprechend dem Ergebnistupel gesetzt.

29 Unterscheidung der INOUT-Ereignisse Zwei Arten von INOUT-Ereignissen sind zu unterscheiden: Schreiben und Entnehmen von Tupel im Gegensatz zu lediglichem Entnehmen von Tupeln Einführung einer Annotation wie retrieve_only um den Unterschied zu spezifizieren? Alternative: Bei Fehlen der Annotation classname_in wird angenommen, dass kein Tupel abgelegt wird, sondern nur ein Tupel entnommen/gelesen wird

30 Mögliche OUT-Ereignisse im AID-Stil Ein OUT-Ereignis im AID-Stil müsste von der Komponente initiativ ausgehen und asynchron in eine Richtung fließen Eine Möglichkeit wäre die Verwendung von notify und EventListener, die in JavaSpaces angeboten werden Der Treiber registriert sich für alle Tupel, die in OUT- Ereignissen beschrieben sind. Überlegung: welche Template-Objekte sollen verwendet werden? Im Fall einer Benachrichtigung des Treibers wird diese Information an die Umgebung weitergeleitet

31 Mögliche OUT-Ereignisse im AID-Stil public interface JavaSpaces …{ … EventRegistrationEventRegistration notify(Entry tmpl,Transaction txn, RemoteEventListener listener, long lease, MarshalledObject handback)notifyEntryTransaction RemoteEventListener MarshalledObject } public interface RemoteEventListener … { … notifynotify(RemoteEvent theEvent)RemoteEvent }

32 Initialisierung der Komponenten Möglichkeiten: Aufruf eines Java-Programms Erzeugung eines Threads Erzeugung eines Objekts Unterscheidung mit Hilfe der Annotation creation_mode, die die Werte process, thread oder instantiation annehmen kannn

33 Initialisierung der Komponenten: Möglichkeit 1: Prozesserzeugung Im Bsp.: Aufruf der main-Methode der Klasse ChannelCreator, Konfiguration über die Kommandozeilenargumente Annotationen für die für Jini notwendige Konfiguration: System-Properties (notwendig für Codebase, SecurityManager und Policy) Annotationen für Pfad, Klassennamen, Standardoptionen (-jar, -classpath,…)

34 Initialisierung der Komponenten: Beispiel zu Möglichkeit 1 INIT| classname = mp3converter.ChannelCreator | creation_mode = process | path=/usr/home/mp3converter | property java.security.policy=policy/policy.all | property java.lang.SecurityManager= java.lang.SecurityManager string channelname, int init_size, string spacename Resultiert in dem folgenden Aufruf: java -Djava.security.policy=policy/policy.all -Djava.lang.SecurityManager= java.lang.SecurityManager mp3converter.ChannelCreator channelname init_size spacename

35 Initialisierung der Komponenten: Möglichkeit 2: Objekterzeugung Aufruf des Konstruktors einer Java-Klasse Dem neu zu erzeugenden Objekt werden sämtliche zur Konfiguration notwendigen Parameter (u.a. Name des JavaSpace) über den Konstruktor übergeben. Die hierfür notwendigen Annotationen beschränken sich auf die Angabe des Klassennamens

36 Offene Frage: Fehlerbehandlung Benutzerdefinierte Ausnahmen sind beim Austausch von Tupeln via JavaSpaces nicht vorgesehen Für das Schreiben und Lesen von Entry-Objekten sind nur Ausnahmen definiert, die sich auf den Kommunikationsvorgang an sich beziehen und nicht auf das Ereignis, das durch das Schreiben/Lesen des Entry- Objekts repräsentiert wird. Letztendlich existiert also für JavaSpaces-Komponenten keine Möglichkeit, Ausnahmen im Sinne von AID zu signalisieren.

37 Offene Frage: Methodenaufruf auf Tupel Die Wahrheit über die Klasse Index : Die Inkrementierung findet über einen Methodenaufruf statt. public class Index implements Entry {... public void increment() { position = new Integer(position + 1); }

38 Offene Frage: Methodenaufruf auf Tupel Mögliche Darstellung in AID: INOUT getTail string channel RETURNS Tail INOUT setTail Tail

39 Offene Frage: Methodenaufruf auf Tupel Mit Hilfe des Interfaces Tail: interface Tail INOUT increment INOUT getPosition RETURNS int pos

40 Methodenaufruf auf Tupel: Überlegungen Vermengung von tupelbasiertem und aufrufbasiertem Interaktionsstil Mit dem Methodenaufruf sind auch Zugriffsmethoden für die Klassenvariablen abzubilden (getter und setter) Der Aufrufer wäre für das richtige Setzen der Klassenvariablen des Tupels selbst verantwortlich

41 Methodenaufruf auf Tupel: Überlegungen Mit der Möglichkeit, auf die Tupel als Objekte zuzugreifen, lassen sich alle JavaSpaces- Komponenten mit den drei Operationen write, read, take und entsprechenden Interface-Definitionen für die Tupel (Entries) beschreiben Methodenaufrufe auf Tupel sind im Grunde nicht notwendig, da alle Attribute der Tupel öffentlich sind und so beliebig veränderbar

42 Vielen Dank fürs Zuhören…!

43 Literatur Eric Freeman, Susanne Hupfer, Ken Arnold: JavaSpaces Principles, Patterns, and Practice Sun Microsystems, Inc.: JS – JavaSpaces Service Specification, Version spec.html spec.html Eric Freeman, Susanne Hupfer: Make room for JavaSpaces. jiniology_p.html jiniology_p.html Peter Löhr: Accommodating Heterogeneous Interaction Styles in Component-Based Software Architecture Peter Löhr: AID-Memo

44 Anhang

45 Quellcode: MP3Request public class MP3Request implements Entry { public String channelName; // recipient of request public Integer position; // position # of request // in channel public String inputName; // file path public byte[] data; // content of the file public String from; // who sent the request public MP3Request() { // the no-arg constructor }... }

46 Quellcode: MP3Result public class MP3Result implements Entry { public String inputName;// name of file that was encoded public byte[] data; // raw MP3 data public String from; // who sent the request public MP3Result() { // the no-arg constructor } … }

47 JavaSpaces interface EntryEntry read(Entry tmpl, Transaction txn, long timeout)readEntryTransaction EntryEntry take(Entry tmpl, Transaction txn, long timeout)takeEntryTransaction LeaseLease write(Entry entry, Transaction txn, long lease)writeEntryTransaction EntryEntry readIfExists(Entry tmpl, Transaction txn, long timeout)readIfExistsEntryTransaction EntryEntry takeIfExists(Entry tmpl, Transaction txn, long timeout) takeIfExistsEntryTransaction EventRegistrationEventRegistration notify(Entry tmpl,notifyEntry TransactionTransaction txn, RemoteEventListener listener,RemoteEventListener long lease, MarshalledObject handback)MarshalledObject