Introdução a JCSP

Augusto Sampaio (acas)Patrícia Muniz (pmf)Rafael Duarte (rmd)

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

JCSP - Características gerais Biblioteca Java que implementa o modelo

de comunicação e concorrência de CSP/occam (com restrições)

Suporta o projeto orientado a processos Implementação com base no mecanismo

de threads/monitor de Java Versões

• Base Edition • Network Edition (suporte a distribuição)

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, ...

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)

Processos em JCSP ...

Um processo é um objeto de uma classe que implementa a interface CSProcess

interface CSProcess { public void run();}

Toda classe que implementa CSProcess deve prover uma implementação de run()

... private support methods (part of a run) ... public void run() (process starts here)

Estrutura de um processoEstrutura de um processoclass 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)

Canais em JCSP ... Um canal é um objeto de uma classe

que implementa uma das interfaces:• ChannelInput• ChannelOutput• ChannelInputInt• ChannelOutputInt

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)

Processos e canais Quando um processo dispara um evento

através de um canal, permanece bloqueado até que seu receptor responda

class P implements CSProcess{ ChannelOutput a; public void run() { a.write(...); }}

class P implements CSProcess{ ChannelOutput a; public void run() { a.write(...); }}

class Q implements CSProcess{ ChannelInput a; public void run() { x = a.read(); }}

class Q implements CSProcess{ ChannelInput a; public void run() { x = a.read(); }}

interface ChannelOutput { public void write (Object o);}

interface ChannelInput { public Object read ();}

interface ChannelOutputInt { public void write (int o);}

interface ChannelInputInt { public int read ();}

Interfaces para canais de inteiros e objetos

One2OneChannelOne2OneChannel

Any2OneChannelAny2OneChannel

One2AnyChannelOne2AnyChannel

Any2AnyChannelAny2AnyChannel

Canais em JCSP

Como default, canais são (fully synchronised).

JCSP oferece um conjunto de plugins de canais que fornece uma variedade de tipos de bufferização (FIFO blocking, overflowing, overwriting, infinite)

Ver jcsp.util.

Canais de objetos … Canais de objetos …

public SuccInt (ChannelInputInt in, ChannelOutputInt out) { this.in = in; this.out = out; }

public void run () { while (true) { int n = in.read (); out.write (n + 1); } }

private final ChannelInputInt in; private final ChannelOutputInt out;

class SuccInt implements CSProcess {

}

SuccIntSuccIntin out

Exemplo

public PlusInt (ChannelInputInt in0, ChannelInputInt in1, ChannelOutputInt out) { this.in0 = in0; this.in1 = in1; this.out = out; }

... public void run ()

private final ChannelInputInt in0; private final ChannelInputInt in1; private final ChannelOutputInt out;

class PlusInt implements CSProcess {

}

in1

outin0++

Exemplo

seqüencialseqüencial seqüencialseqüencial

... public PlusInt (ChannelInputInt in0, ...)

public void run () { while (true) { int n0 = in0.read (); int n1 = in1.read (); out.write (n0 + n1); } }

... private final channels (in0, in1, out)

class PlusInt implements CSProcess {

}

in1

outin0++

Exemplo

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

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

public void run () {

}

in1

outin0++

while (true) { parRead.run (); out.write (readIn0.value + readIn1.value); }

ProcessReadInt readIn0 = new ProcessReadInt (in0); ProcessReadInt readIn1 = new ProcessReadInt (in1);

CSProcess parRead = new Parallel (new CSProcess[] {readIn0, readIn1});

em paralelo dos em paralelo dos argumentos de argumentos de entrada Leituraentrada Leitura

Exemplo

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

Detalhes de implementação

Um objeto JCSP Parallel 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 parRead fora do loop, ao invés de construí-lo anonimamente em cada iteração tem forte impacto em eficiência

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

public class Send implements CSProcess { private final ChannelOutputInt chan; private int i;

public Send(ChannelOutputInt chan, int i) { this.chan = chan; this.i = i; }

public void run() { while (true) { chan.write(i);

i = i + 1; } } }

Exercício 1 – processo Send

public class Read implements CSProcess { private final ChannelInputInt chan;

public Read(ChannelInputInt chan) { this.chan = chan;

}

public void run() {while (true) { int i = chan.read(); System.out.println(i);}

} }

Exercício – processo Read

public class ExampleMain { public static void main (String[] args) {

One2OneChannelInt chan = Channel.one2oneInt();

Send send = new Send(chan.out()); Read read = new Read (chan.in()); CSProcess[] parArray = {send,read}; Parallel par = new Parallel (parArray); par.run(); } }

Exercício – processo Main

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 ();

} }

Exercício 2 – Comunicação Assíncrona

Send Identity Readchan1 chan2

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.

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 atualhttp://www.cs.kent.ac.uk/projects/ofa/jcsp/jcsp1-0-rc7/jcsp-docs/

Instalaçãohttp://www.cs.kent.ac.uk/projects/ofa/jcsp/