Organizzazione della lezione. Lezione 10 Interprocess Communication in Java. Gli obiettivi del middleware. Middleware

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1 Organizzazione della lezione Lezione 10 Interprocess Communication in Java Vittorio Scarano Corso di Programmazione Distribuita ( ) Laurea di I livello in Informatica Università degli Studi di Salerno Middleware e Interprocess Communication Internetworking API (Application Programming Interface) Stream Socket e TCP/UDP Le Api di Java per UDP per TCP 2 Middleware Gli obiettivi del middleware Strato che si trova sopra la rete ed i sistemi operativi e sotto le applicazioni Obiettivo: nascondere la eterogeneità degli strati inferiori Applicazioni middleware S.O. rete 3 Nascondere la piattaforma combinazione di Sistema Operativo network software network hardware computer hardware Obiettivo nascondere eterogeneità Attraverso la realizzazione di modelli di programmazione comuni che possono essere usati come blocchi base applicazioni & servizi middleware sistema operativo computer & network hardware piattaforma 4

2 I layer del middleware Interprocess Communication Applicazioni e servizi Chiamata a Procedure Remote oppure Invocazione di Metodi Remoti Protocolli di request-reply Marshalling e Rappresentazione Esterna dei Dati UDP and TCP. r e a w le d id m Permette la comunicazione tra processi Meccanismi per: gestione dei malfunzionamenti fornire una semplice interfaccia Nasconde le differenze tra comunicazione locale e remota: è tutta remota 5 6 Le operazioni di IPC Organizzazione della lezione Permesso da due operazioni send receive Con due varianti sincrone operazioni bloccanti sulla send (attende una receive) e sulla receive (attende una send) asincrone operazioni non bloccanti: send (trasmissione del messaggio in parallelo con la continuazione del processo) e receive (il buffer viene riempito mentre il processo continua) Middleware e Interprocess Communication Internetworking API (Application Programming Interface) Stream Socket e TCP/UDP Le Api di Java per UDP per TCP 7 8

3 Ciò che fanno i programmi (non( molto) Cosa è uno stream? Prendi dati, fanne qualcosa, memorizza il risultato Gli stream sono una maniera per prendere dati e trasferirli da qualche altra parte le device sono spesso trattati come stream Per usare una device fare setup/creare di un oggetto che rappresenta dove (o da dove) saranno inviati (o ricevuti) i dat inviare (ricevere) i dati Lo schermo non è uno stream: l utente lo vede per intero si aspetta di poterlo manipolare (insert/remove) la adiacenza indica relazioni su più dimensioni righe e colonne 9 Uno stream è una sequenza ordinata di byte java.io.inputstream: dati che da una sorgente esterna possono essere usati dal programma int read() int read(byte[] b) int read(byte[] b, int off, int len) void mark(int readlimit) boolean marksupported() void reset() java.io.outputstream: dati che il programma può inviare void close() void flush() void close() int available() long skip(long n) void write(byte[] b) void write(byte[] b, int off, int len) void write(int b) 10 Stream di Input Stream di Output Lettura in sequenza SequenceInputStream FileInputStream BufferedInputStream I Filtri trasformano dati da uno stream in un altro InputStream FilterInputStream DataInputStream... e molti altri PipedInputStream ByteArrayInputStream ObjectInputStream InflaterInputStream Pipes tra thread ProgressMonitorInputStream usato per la serializzazione javax.swing java.util.zip 11 Gli stream sono come i carabinieri della famosa barzelletta: sono sempre presenti in coppia! uno sa leggere (dallo stream) e l altro sa scrivere (sullo stream) Per ogni tipo di InputStream (tranne SequenceInputStream) c è il corrispondente OutputStream associato FileInputStream --> FileOutputStream DataInputStream --> DataOutputStream 12

4 Gli stream di filtro (FilterStream) Organizzazione della lezione Trasformano dati da un altro stream Middleware e Interprocess Communication si comportano da wrapper: prendono stream reali e ne presentano i dati in formato diverso Filter Stream Filter Stream Filter Stream Filter Stream Internetworking API (Application Programming Interface) Stream Socket e TCP/UDP Le Api di Java per UDP per TCP Cosa è un socket Destinazione dei messaggi Una idea (originalmente) da BSD Unix presente in tutti i sistemi operativi attuali La rete è come un file system basta scrivere e leggere stream di dati Un socket è associato ad una porta così che la giusta applicazione possa trattare i dati Vantaggi: concettualmente semplici indipendenti da linguaggio e piattaforma efficienti compatibili con applicazioni legacy 15 client sockets message port server domain name oppure IP address 16

5 I layer di TCP/IP Incapsulamento dei messaggi inviati Layers Application Transport Internet Network interface Underlying network Messaggio Messaggi (UDP) o Stream (TCP) pacchetti UDP o TCP datagram IP Frames Network-specific Ethernet header IP IP header TCP TCP header Ethernet frame port Application message L effetto: cosa si vede di TCP/IP Tipico uso dei socket in Java su WWW La vista di TCP/IP che ha il programmatore Il client scarica un applet Java UDP Application TCP Astrazione Message passing Datagram Best effort Non affidabile TCP Astrazione Stream Affidabile IP Application UDP 19 che si connette ad un server Java in ascolto sulla stessa macchina del server (vincolo imposto per la sicurezza) Implementazione di layer di presentazione/business distribuita su più livelli 20

6 Gli svantaggi dei socket per la programmazione a oggetti Basati su stream tra due oggetti si perde la astrazione: solo un flusso di dati Tutte le funzionalità avanzate come sicurezza, load balancing, etc vanno implementate codificando metadati nello stream e facendono il parsing all altro capo Socket(InetAddress address, int port) Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localaddr, int localport) Socket(String host, int port) void close() InetAddress getinetaddress() InetAddress getlocaladdress() int getlocalport() InputStream getinputstream() OutputStream getoutputstream() int getport() 21 Organizzazione della lezione Middleware e Interprocess Communication Internetworking API (Application Programming Interface) Stream Socket e TCP/UDP Le Api di Java per UDP per TCP 22 In certi casi i socket TCP sono overkilling Come spedire Datagram: checklist I socket forniscono la illusione di un circuito dedicato al costo di riassemblare pacchetti in stream rimandare pacchetti, handshake, etc. Socket UDP: DatagramSocket ogni pacchetto viene individualmente indirizzato pacchetti indipendenti (fino a 64K) controllo esplicito del protocollo di comunicazione 1. Creare un DatagramSocket 2. Creare un array di bytes che contiene i dati da inviare 3. Creare un DatagramPacket che usi l array di byte e un indirizzo 4. Spedirlo con il metodo offerto dal socket socket = new DatagramSocket(PORT); //Step 1 //.crea l array buf di byte da inviare //Step 2 packet = new DatagramPacket(buf, buf.length, address, port); //Step 3 socket.send(packet); //Step

7 Come ricevere un Datagram: checklist Le API di Java per UDP 1. Creare un DatagramSocket Due classi: DatagramPacket e DatagramSocket 2. Creare un array di byte come buffer per memorizzare i dati ricevuti 3. Creare un DatagramPacket che usi il buffer 4. Istruire il socket a prelevare il Datagram dall indirizzo socket = new DatagramSocket(PORT); //Step 1 // crea un array di byte buf per ricevere i dati //Step 2 packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);//step 3 socket.receive(packet); //Step 4 DatagramPacket costruttore per creare un datagram (da inviare) con un array di byte, la sua lunghezza, indirizzo IP e porta costruttore per creare un datagram (da ricevere) con un array di byte e la sua lunghezza (come buffer) DatagramSocket costruttore (specifica della porta) send e receive setsotimeout Un esempio per UDP: UDPDemo Un esempio per UDP: UDPClient (1) Un semplice servizio di echo ad ogni richiesta risponde con la stessa stringa ricevuta Due componenti: UDPClient: su linea di comando: messaggio da spedire, host a cui spedire UDPServer: attende l invio di un messaggio, lo stampa a video e lo rispedisce 27 import java.net.*; import java.io.*; public class UDPClient { public static void main (String args[ ]) { DatagramSocket asocket= null; asocket = new DatagramSocket(); byte [ ] m = args[0].getbytes(); InetAddress ahost = InetAddress.getByName(args[1]); int serverport=6789; DatagramPacket request = new DatagramPacket(m, args[0].length(), ahost, serverport); asocket.send(request); //. Blocco try..catch Creazione socket Dalla linea di comando: preleva il messaggio primo argomento preleva l indirizzo secondo argomento Creazione datagram Invio 28

8 Un esempio per UDP: UDPClient (2) Un esempio per UDP: UDPServer (1) //. byte[ ] buffer = new byte [1000]; DatagramPacket reply= new DatagramPacket(buffer, buffer.length); asocket.receive(reply); System.out.println("Reply:"+ new String (reply.getdata())); catch (SocketException e) {System.out.println("Socket: +e.getmessage()); catch (IOException e) {System.out.println("IO: +e.getmessage()); finally {if (asocket!= null) asocket.close(); Creazione di un buffer per la lettura Creazione datagram Ricezione e stampa Catch Infine, chiude il socket import java.net.*; import java.io.*; public class UDPServer { public static void main (String args[ ]) { DatagramSocket asocket= null; System.out.println("Listening..."); asocket = new DatagramSocket(6789); byte[ ] buffer = new byte [1000]; while (true) { java.util.arrays.fill(buffer,new Integer(0).byteValue()); DatagramPacket request=new DatagramPacket(buffer, buffer.length); asocket.receive(request); // Creazione di un socket Creazione di un buffer per la lettura Azzeramento buffer Creazione datagram Ricezione Un esempio per UDP: UDPServer (2) Organizzazione della lezione String s = new String(request.getData()); System.out.println ("Received:"+ s.trim()+" from:"+ request.getaddress()); DatagramPacket reply=new DatagramPacket(request.getData(), request.getlength(), request.getaddress(), request.getport()); asocket.send(reply); catch (SocketException e) {System.out.println("Socket:"+ e.getmessage()); catch (IOException e) {System.out.println("IO:"+ e.getmessage()); finally {if (asocket!= null) asocket.close(); Lettura stringa Costruzione reply Invio reply Catch Infine si chiude il socket 31 Middleware e Interprocess Communication Internetworking API (Application Programming Interface) Stream Socket e TCP/UDP Le Api di Java per UDP per TCP 32

9 Le API di Java per TCP Due classi: ServerSocket e Socket ServerSocket usata dal server per creare un socket per ascoltare le connect dei client il metodo accept() è bloccante fino alla ricezione e restituisce un Socket Socket usata dal client per collegarsi al server metodi getinputstream() e getoutputstream() 33 Un esempio per TCP: TCPDemo Un semplice servizio di echo Tre classi TCPClient su linea di comando prende il messaggio e l host del server TCPServer server multithreaded: attende una connessione, quando è stabilita crea un oggetto Connection che tratta la connessione con un client Connection estende Thread ripete al client quello riceve TCPclient client connect stream TCPserver Connection server 34 Il diagramma delle classi di TCPDemo Un esempio per TCP: TCPClient (1) 35 import java.net.*; import java.io.*; public class TCPClient { public static void main (String args[ ]) { Socket s = null; int serverport =NUMEROPORTA; s = new Socket (args[1], serverport); DataInputStream in = new DataInputStream( s.getinputstream()); DataOutputStream out = new DataOutputStream( s.getoutputstream()); out.writeutf(args[0]); String data = in.readutf(); System.out.println ("Received: +data); // continua Porta Creazione socket Preleva input e output stream come argomento a DataInputStream e DataOutputStream Scrive i dati UTF: universal Text Format (1 byte per Ascii 2 per UNICODE) Legge la risposta e la 36 stampa

10 Un esempio per TCP: TCPClient (2) Un esempio per TCP: TCPServer // continua. catch (EOFException e) {System.out.println ("EOF"+ e.getmessage()); catch (IOException e) {System.out.println ("IO"+ e.getmessage()); finally { if (s!=null) s.close(); catch (IOException e) {System.out.println ( "IO Client"+ e.getmessage()); static final int NUMEROPORTA = 7896; Catch per operazioni su socket e stream Comunque alla fine se il socket è stato aperto allora lo chiude blocco try..catch per la chiusura 37 import java.net.*; import java.io.*; public class TCPServer { public static void main (String args[ ]){ System.out.println("Listening.."); int serverport =NUMEROPORTA; ServerSocket listensocket = new ServerSocket(serverPort); while (true) { Socket clientsocket = listensocket.accept(); Connection c= new Connection (clientsocket); catch (IOException e) {System.out.println ("IO Listen:"+ e.getmessage()); static final int NUMEROPORTA = 7896; Porta usata Creazione di un ServerSocket Ciclo per: accept di connessioni lancio del thread per la gestione della connessione Catch 38 Un esempio per TCP: Connection (1) Un esempio per TCP: Connection (2) import java.net.*; import java.io.*; public class Connection extends Thread { public Connection(Socket aclientsocket){ clientsocket= aclientsocket; in = new DataInputStream( clientsocket.getinputstream()); out = new DataOutputStream( clientsocket.getoutputstream()); this.start(); catch (IOException e) {System.out.println ("IO Connection"+ e.getmessage()); // continua Costruttore preleva il socket passato al costruttore assegna input stream assegna output stream lancia il thread Catch 39 public void run( ) { String Data = in.readutf(); System.out.println("Ho letto:"+data); out.writeutf ("E io ripeto:"+data); catch (EOFException e) {System.out.println ("EOF Conn."+ e.getmessage()); catch (IOException e) {System.out.println ("IO Conn."+ e.getmessage()); finally { clientsocket.close(); catch (IOException e) {System.out.println ( "IO Conn. (close)" e.getmessage()); // fine run() DataInputStream in; DataOutputStream out; Socket clientsocket; Legge i dati Li rispedisce Catch Comunque alla fine chiude il socket blocco try..catch per la chiusura Variabili istanza 40