Introdução a JCSP

1. Introdução a JCSP Augusto Sampaio (acas) Patrícia Muniz (pmf) Rafael Duarte (rmd)

2. Antes de JCSP ... • Implementação pode ser realizada em outra plataforma • UML-RT • CTJ (Biblioteca semelhante a JCSP) • occam (“implementação” de CSP) • ... • Mas o curso inclui apresentação apenas de JCSP e UML-RT

3. JCSP - Características gerais • Biblioteca Java que implementa o modelo de comunicação e concorrência de CSP/occam (com restrições) • Suporta o projeto orientado aprocessos • Implementação com base no mecanismo de threads/monitor de Java • Versões • Base Edition • Network Edition (suporte a distribuição)

4. JCSP - Características gerais • Elementos de CSP disponíveis • Canais • Comunicação (também com buffer e multi) • Composição seqüencial • Paralelismo (não alfabetizado) • Escolha externa (com restrições e extensões) • Alguns operadores não implementados • Hiding, interrupção, paralelismo alfabetizado, indexação, ...

5. Processos em JCSP ... • Um processo é uma entidade autônoma (fluxo de execução independente) • Encapsula estado (atributos) e métodos • Construtores são públicos • Comunicação com o ambiente via canais (como em CSP ou como cápsulas UML-RT) • Comportamento ativo (fluxo) implementado pelo método run() (público)

6. Processos em JCSP ... • Um processoé um objeto de uma classe que implementa a interfaceCSProcess interface CSProcess { public void run(); } • Toda classe que implementa CSProcess deve prover uma implementação de run()

7. Estrutura de um processo ... private support methods (part of a run) ... public void run() (process starts here) class Example implements CSProcess { } ... private shared synchronisation objects (channels etc.) ... private state information ... public constructors ... public accessors(gets)/mutators(sets) (only to be used when not running)

8. Canais em JCSP ... • Um canal é um objeto de uma classe que implementa uma das interfaces: • ChannelInput • ChannelOutput • ChannelInputInt • ChannelOutputInt

9. Canais em JCSP • Um canal carrega algum tipo de informação • Canais podem levar informação a um processo (output channels), ou trazer informação de um processo (input channels)

10. class P implements CSProcess{ ChannelOutput a; public void run() { a.write(...); } } class Q implements CSProcess{ ChannelInput a; public void run() { x = a.read(); } } Processos e canais • Quando um processo dispara um evento através de um canal, permanece bloqueado até que seu receptor responda

11. interface ChannelOutput { public void write (Object o); } interface ChannelOutputInt { public void write (int o); } interface ChannelInputInt { public int read (); } interface ChannelInput { public Object read (); } Interfaces para canais de inteiros e objetos

12. One2OneChannel Any2OneChannel Não são canais broadcast! zero-buffering

13. One2AnyChannel Any2AnyChannel Não são canais broadcast! zero-buffering

14. Canais em JCSP

15. Canais de objetos … • Como default, canais são (fully synchronised). • Write -> Read, Read ->Write • JCSP oferece um conjunto de plugins de canais que fornece uma variedade de tipos de bufferização (FIFOblocking, overflowing, overwriting, infinite) • Ver jcsp.util.

16. SuccInt in out class SuccInt implements CSProcess { } Exemplo private final ChannelInputInt in; private final ChannelOutputInt out; publicSuccInt (ChannelInputInt in, ChannelOutputInt out) { this.in = in; this.out = out; } public void run () { while (true) { int n = in.read (); out.write (n + 1); } }

17. in0 + out in1 class PlusInt implements CSProcess { } Exemplo private final ChannelInputInt in0; private final ChannelInputInt in1; private final ChannelOutputInt out; publicPlusInt (ChannelInputInt in0, ChannelInputInt in1, ChannelOutputInt out) { this.in0 = in0; this.in1 = in1; this.out = out; } ... public void run ()

18. in0 + out in1 class PlusInt implements CSProcess { seqüencial } Exemplo ... private final channels (in0, in1, out) ... publicPlusInt (ChannelInputInt in0, ...) public void run () { while (true) { int n0 = in0.read (); int n1 = in1.read (); out.write (n0 + n1); } }

19. Redes de processos • Instâncias de processos (componentes) podem ser combinadas para formar uma rede • A rede resultante é também um processo • Componentes são interligados via conectores (instâncias dos canais) • Os componentes executam em paralelo, como em um diagrama de estrutura UML-RT

20. A classe Parallel • Parallel é um CSProcess cujo construtor tem como argumento um array de processos • O método run() implementa a composição paralela dos processos argumentos • A semântica é a mesma do operador de CSP || [Hoare]: o método run() termina apenas quando todos os argumentos finalizam com sucesso

21. in0 + out em paralelo dos argumentos de entrada Leitura in1 Exemplo public void run () { } ProcessReadInt readIn0 = new ProcessReadInt (in0); ProcessReadInt readIn1 = new ProcessReadInt (in1); CSProcess parRead = new Parallel (new CSProcess[] {readIn0, readIn1}); while (true) { parRead.run (); out.write (readIn0.getValue() + readIn1.getValue()); } Evite o uso de sets, ou métodos públicos além do run. É possivel colocar, mas não é recomendado

22. Mais sobre a classe Parallel • Oferece métodos para adicionar (addProcess) e remover processos (removeProcess) • Entretanto, estes métodos só devem ser invocados quando o objeto não está em execução (método run()) • Se invocados durante a execução, o efeito só ocorrerá após o final da mesma

23. Detalhes de implementação • Um objeto JCSPParallel executa os primeiros (n-1) componentes em threads separadas e o último componente na sua própria thread de controle. • Quando Parallel.run() termina, o objeto Parallel guarda todas as threads para reuso, caso o Parallel execute novamente • Processos como PlusInt geram o overhead de criação de threads apenas a primeira vez • Portanto, definir/criar parRead fora do loop, ao invés de construí-lo anonimamente em cada iteração tem forte impacto em eficiência

24. Exercício • Implemente em JCSP o processo Main Send (i) = chan ! i -> Send (i+1) Read = chan ? x -> Print(x); Read Print(x) = ... Main = Send (0) || Read

25. Exercício 1 – processo Send public classSendimplementsCSProcess{ privatefinalChannelOutputIntchan; private int i; publicSend(ChannelOutputIntchan, int i) { this.chan = chan; this.i = i; } public void run() { while (true) { chan.write(i); i = i + 1; } } }

26. Exercício – processo Read public classReadimplementsCSProcess{ private finalChannelInputIntchan; publicRead(ChannelInputIntchan) { this.chan = chan; } public void run() { while (true) { int i = chan.read(); System.out.println(i); } } }

27. Exercício – processo Main public class ExampleMain { public staticvoid main (String[] args) { One2OneChannelIntchan= Channel.one2oneInt(); Send send = new Send(chan.out(),0); Read read = new Read (chan.in()); CSProcess[] parArray = {send,read}; Parallel par = new Parallel (parArray); par.run(); } }

28. chan1 chan2 Exercício 2 – Comunicação Assíncrona public class ExampleMain { public static void main (String[] argv) { One2OneChannelInt chan1 = Channel.one2oneInt(); One2OneChannelInt chan2 = Channel.one2oneInt(); new Parallel ( new CSProcess[] { new Send (chan1.out()), new IdentityInt(chan1.in(), chan2.out()), new Read (chan2.in())} ).run (); } } Send Identity Read

29. Composição seqüencial • class Sequence(implements CSProcess) • CSProcess cujo construtor tem como argumento um array de processos • O método run() implementa a composição seqüencial dos processos argumentos.

30. Leitura e Instalação • An Introduction to JCSP Base Edition (tutorial interessante, mas versão da biblioteca não é a mais atual) http://www.quickstone.com/resources/jcspnetworkedition/IntroductionToJCSP.pdf • Versão mais atual http://www.cs.kent.ac.uk/projects/ofa/jcsp/jcsp1-0-rc7/jcsp-docs/ • Instalação http://www.cs.kent.ac.uk/projects/ofa/jcsp/