ТГУ, программирование на Java (практические задания, часть 2)

Практическое задание 1

Тема 2. Persistence & Serialization. Персистентность и сериализация

Цель работы: сформировать навыки работы с потоками ввода-вывода Java. Освоить технологию сериализации.

Задание. В процессе написания тестовых заданий ознакомиться с механизмом систем ввода и вывода данных.

Рекомендации по выполнению задания

1. Создайте класс Vectors, содержащий статические методы работы с векторами:

- умножение вектора на скаляр;

- сложение двух векторов;

- нахождение скалярного произведения двух векторов.

2. Модифицируйте класс Vectors, добавив в него новые методы:

- записи вектора в байтовый поток void outputVector(Vector v, OutputStream out);

- чтения вектора из байтового потока Vector inputVector(InputStream in);

- записи вектора в символьный поток void writeVector(Vector v, Writer out);

- чтения вектора из символьного потока Vector readVector(Reader in).

В обоих случаях записанный вектор должен представлять собой последовательность чисел, первым из которых является размерность вектора, а остальные числа являются значениями координат вектора.

В случае символьного потока рекомендуется считать, что один вектор записывается в одну строку (числа разделены пробелами). Для чтения вектора из символьного потока рекомендуется использовать класс StreamTokenizer.

Проверьте возможности методов (в методе main), в качестве реальных потоков используя файловые потоки, а также потоки System.in и System.out.

3. Модифицируйте классы ArrayVector и LinkedListVector (основанные на массиве и на связном списке) таким образом, чтобы они были сериализуемыми.

Продемонстрируйте возможности сериализации (в методе main), записав в файл объект, затем считав и сравнив с исходным (по сохраненным значениям).

4. Напишите MyClassToBePersisted.java, который содержит следующие свойства:

- поле профиля;

- поле группы.

Напишите SerializeMyClassToBePersisted.java, который создает экземпляр класса MyClassToBePersisted и сериализует его в файл в своем основном методе.

Напишите DeserializeMyClassToBePersisted.java, который считывает сериализованный файл и десериализует его в экземпляр класса MyClassToBePersisted в своем основном методе.

5. Предоставьте отчет, который содержит текст программного кода выполненных заданий и скрины результатов работы. Приложите к отчету скомпилированные программы по выполнению указанных заданий.

При оформлении кода использование комментариев обязательно.

Практическое задание 2

Тема 3. Java NIO2

Цель работы: сформировать навыки работы с технологиями NIO2 Java I/O.

Задание. Разработать программу ввода-вывода на основе применения технологии NIO2.

Рекомендации по выполнению задания

1. Разработайте программу, которая выводит свой код (содержимое файла *.java). Во время разработки ОБЯЗАТЕЛЬНО пользуйтесь средствами NIO2:

- определите текущий каталог;

- имя файла;

- перейдите в каталог scr проекта;

- соберите имя файла с текстом программы (добавьте расширение *.java).

2. Разработайте программу, которая записывает в типизированный файл целые числа, затем считывает и рекуррентно рассчитывает среднее.

В файл пишутся целые числа. Затем из этого файла как потока байт считываются числа byte, int и float.

- Произведите расчет считанных элементов при чтении данных разного типа.

- Определите количество чисел типа int.

- Рассчитайте среднее второй половины, третьей четверти.

3. Создайте текстовый файл, в него скопируйте не менее одной страницы документации по java. Считывайте символьный поток до тех пор, пока в третий раз не встретится слово «java».

4. Напишите пример, который подсчитывает, сколько раз конкретный символ, например e, появляется в файле. Символ можно указать в командной строке.

5. Предоставьте отчет, который содержит текст программного кода выполненных заданий и скрин результатов работы. Приложите к отчету скомпилированные при выполнении указанных заданий программы.

При оформлении кода использование комментариев обязательно.

Практическое задание 3

Тема 4. Java Threads

Цель работы: сформировать навыки работы с основными принципами создания многопоточных приложений.

Задание. В процессе написания тестовых заданий ознакомиться с общими принципами создания многопоточных приложений.

Рекомендации по выполнению задания

1. Создайте поток двумя способами:

- расширив класс Thread;

- переопределив его метод run(), реализовав интерфейс Runnable.

Если класс расширяет класс Thread, поток можно запустить, создав экземпляр класса и вызвав его метод start(). Продемонстрируйте пример расширения.

Если класс реализует интерфейс Runnable, поток можно запустить, передав экземпляр класса конструктору Thread-объекта и затем вызвав метод потока start(). Продемонстрируйте пример реализации.

2. Создайте два класса нитей (наследуют от класса Thread), взаимодействующих с помощью промежуточного объекта типа Vector.

Первая нить последовательно заполняет вектор (изначально он заполнен нулями) произвольными различными величинами (например случайными), отличными от нуля. Каждый раз, когда она помещает значение в вектор, она выводит на экран сообщение вида “Write: 100.5 to position 3”. По достижении конца вектора нить заканчивает свое выполнение.

Вторая нить последовательно считывает значения из вектора и выводит их на экран сообщениями вида “Read: 100.5 from position 3”. По достижении конца вектора нить заканчивает свое выполнение.

В методе main() следует создать 3 участвующих в процессе объекта и запустить нити на выполнение. Запустите программу несколько раз. Попробуйте варьировать приоритеты нитей.

3. Создайте два новых модифицированных класса нитей (реализуют интерфейс Runnable), обеспечивающих последовательность операций чтения-записи (т. е. на экран сообщения выводятся в порядке write-read-write-read-…) независимо от приоритетов потоков. Для этого потребуется описать некий вспомогательный класс, объект которого будет использоваться при взаимодействии нитей.

4. Добавьте в класс со статическими методами обработки векторов реализацию метода Vector synchronizedVector(Vector vector), возвращающего ссылку на оболочку указанного вектора, безопасную с точки зрения многопоточности. Для этого потребуется описать некий новый класс, реализующий интерфейс Vector, а также перегружающий методы класса Object.

5. Предоставьте отчет, в котором содержатся текст программного кода выполненных заданий и скрин результатов работы. Приложите к отчету скомпилированные программы по выполнению указанных заданий.

При оформлении кода обязательно используйте комментарии.

Практическое задание 4

Тема 5. Java Threads. Синхронизация потоков (часть 2)

Цель работы: сформировать навыки работы с технологиями Java Threads.

Задание. Разработать многопоточное приложение.

Рекомендации по выполнению задания

1. Объявите и инициализируйте глобальные данные/переменные, которые требуют синхронизации (например «count»). Объявите и инициализируйте связанный мьютекс.

Создайте потоки A и B для работы.

Поток А

- Работает до момента, когда должно произойти определенное условие (например, «счетчик» должен достичь указанного значения).

- Блокирует связанный мьютекс и проверяет значение глобальной переменной.

- Вызывает pthread_cond_wait(), чтобы выполнить блокирующее ожидание сигнала от Thread-B. Обратите внимание, что вызов pthread_cond_wait() автоматически и атомарно разблокирует связанную переменную мьютекса, чтобы она могла использоваться Thread-B.

- При получении сигнала поток А просыпается, мьютекс автоматически блокируется атомарно.

2. Поток B

- Меняет значение глобальной переменной, которую ожидает Thread-A.

- Проверяет значение глобальной переменной ожидания Thread-A. Если оно удовлетворяет желаемому условию, сигнализирует Thread-A.

- Разблокирует мьютекс.

3. Разработайте многопоточное приложение (использующее общую переменную):

- в потоке объявлена приватная переменная, например, i=0. При выполнении потока i инкриминируется, к примеру, 100 раз. При каждом инкременте на консоль выводится значение i;

- основная программа создает два потока. Необходимо проанализировать изменение i.

Выясните, как изменится поведение программы, если i объявить как локальную переменную (переменная метода run()).

4. Разработайте многопоточное приложение:

- один поток считывает текст собственной программы;

- второй поток получает считанную строку, анализирует вхождение образца и по условию выводит строку на экран.

5. Разработайте многопоточное приложение, реализующее кольцевой буфер в задаче «производитель – потребитель». Программа должна порождать процессы «производители» количеством K>1 и процессы «потребители» – M>1. Размер буфера N элементов. Частота работы производителя меньше в среднем в 10 раз частоты работы потребителя. Частоты задаются случайно. Производитель пишет в буфер в среднем 10 значений.

6. Предоставьте отчет, который содержит текст программного кода выполненных заданий и скрин результатов работы. Приложите к отчету скомпилированные при выполнении указанных заданий программы.

При оформлении кода использование комментариев обязательно.

Практическое задание 5

Тема 7. Приложения с подключением баз данных

Цель работы: сформировать навыки работы с технологиями Java DB.

Задание. Разработать приложение Java с подключением базы данных.

Рекомендации по выполнению задания

1. Разработайте приложение, которое автоматизирует одну из функций предметных областей.

Выбор функции осуществляется по первой букве фамилии.

Программа JDBC включает следующие шаги:

- Выделить Connection-объект для подключения к серверу базы данных.

- Выделить Statement-объект под Connection, созданный ранее для выполнения SQL-команды.

- Написать запрос SQL и выполнить его через операторы Statement и Connection.

- Обработать результат запроса.

- Закрыть Statement и Connection, чтобы освободить ресурсы.

Операции JDBC выполняются с помощью объектов Connection, Statement и ResultSet (определенных в пакете java.sql).

Обратите внимание, что использование программирования JDBC требует небольшого количества программирования. Потребуется только указать URL-адрес базы данных, написать запрос SQL и обработать результат запроса. Остальные коды представляют собой своего рода стандартный шаблон программы JDBC.

2. Создайте программу на языке Java без использования пользовательского интерфейса на основе сценариев:

- Сведения об объектах должны храниться в таблицах базы данных, чтение и редактирование данных осуществляться при помощи запросов SQL.

- Определите характеристики объектов. Обязательной характеристикой объекта является его уникальный идентификатор. Уникальность идентификаторов при выполнении операций добавления и редактирования объектов должна обеспечиваться средствами СУБД или средствами разрабатываемой программы.

- Программа должна выполнять следующие операции с данными:

a) добавление нового объекта;

b) изменение параметров существующего объекта;

c) удаление объекта;

d) поиск объектов по заданным критериям и вывод информации об объектах.

3. В установленной СУБД создайте новую базу данных с таблицами для хранения объектов в соответствии с заданной предметной областью.

Основные условия для выполнения задания:

- количество правильно спроектированных реляционных таблиц – не менее 5;

- при выполнении задания необходимо продемонстрировать использование PreparedStatement.

4. Установите соединение с базой данных из приложения Java. Управление соединением осуществляется через класс java.sql.Сonnection. Для установки соединения используется метод getConnection класса java.sql.DriverManager. Метод принимает на вход параметры соединения и в случае успеха возвращает объект класса Connection. В случае возникновения ошибки метод getConnection генерирует исключение SQLException.

5. Создайте запросы SQL через класс java.sql.Statement. Объект класса Statement создается в рамках заданного соединения при помощи метода createStatement класса Connection:

Statement s = con.createStatement();

6. Предоставьте отчет, в котором содержатся текст программного кода выполненных заданий и скрин результатов работы. Приложите к отчету скомпилированные программы по выполнению указанных заданий.

При оформлении кода использование комментариев обязательно.

Практическое задание 6

Тема 8. Технологии по работе с XML

Цель работы: сформировать навыки работы с технологиями Java по разбору XML-документов.

Задание. В процессе написания тестовых заданий ознакомиться с элементами языка XML и средствами Java для работы с XML-документами.

Рекомендации по выполнению задания

1. Разработайте схему XML-документа (XSD) для хранения:

- бинарного дерева;

- списка студентов;

- библиотеки;

- компьютерного оборудования;

- программного обеспечения на ПК.

2. Напишите программы, которые ЧИТАЮТ и ПИШУТ соответствующие файлы, используя:

- DOM- и SAX-парсеры сторонних разработчиков

или

- JAXP (поверх DOM и SAX).

3. Разработайте программу, которая подсчитает количество уникальных локальных имен элементов в XML-документе, для упрощения игнорируя имя пространства имен (можно взять любой готовый пример XML-документа).

4. Примените синтаксический анализатор Java XML при объявлении сотрудников компании. У каждого сотрудника есть уникальный идентификатор, имя и фамилия, возраст и зарплата. Сотрудники разделены идентификаторами. Создайте новый файл с именем Employees.xml. Выполните далее один из пунктов анализа:

- Разберите XML-файл с помощью парсера DOM. Реализация парсера DOM включена в выпуск JDK. Объектная модель документа предоставляет API-интерфейсы, которые позволяют создавать, изменять, удалять и переупорядочивать узлы. Парсер DOM анализирует весь XML-документ и загружает XML-содержимое в древовидную структуру. Используя классы Node и NodeList, можно извлекать и изменять содержимое файла XML.

- Разберите XML-файл с помощью SAX-парсера. SAX – это API-интерфейс анализатора последовательного доступа, основанный на событиях, который предоставляет механизм для чтения данных из XML-документа, альтернативный предоставляемому парсером DOM. Синтаксическому анализатору SAX необходимо сообщать только о каждом событии синтаксического анализа по мере его возникновения, а минимальный объем памяти, необходимый для синтаксического анализатора SAX, пропорционален максимальной глубине XML-файла.

- Выполните синтаксический анализ XML-файла с помощью анализатора StAX. Streaming API for XML (StAX) – это интерфейс прикладного программирования для чтения и записи XML-документов. Парсер StAX – это анализатор XML, который может обрабатывать древовидные структурированные данные по мере их поступления. StAX был разработан как посредник между парсерами DOM и SAX. В анализаторе StAX точка входа – это курсор, который представляет точку в документе XML. Приложение перемещает курсор вперед, чтобы получить информацию из анализатора. Напротив, синтаксический анализатор SAX отправляет данные в приложение, а не извлекает их.

- Проанализируйте XML с помощью JAXB. Архитектура Java для связывания XML (JAXB) обеспечивает быстрый и удобный способ связывания схем XML и представлений Java, облегчая разработчикам Java включение данных XML и функций обработки в приложения Java. В рамках этого процесса JAXB предоставляет методы для демаршалинга (чтения) документов экземпляра XML в деревья контента Java и последующего маршалинга (записи) деревьев контента Java обратно в документы экземпляра XML. JAXB также предоставляет способ создания схемы XML из объектов Java.

Аннотации JAXB, определенные в пакете javax.xml.bind.annotation, могут быть использованы для настройки элементов программы Java на отображение схемы XML.

5. Предоставьте отчет, который содержит текст программного кода выполненных заданий и скрин результатов работы. Приложите к отчету скомпилированные при выполнении указанных заданий программы.

При оформлении кода использование комментариев обязательно.