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Paradigmen der Programmierung NebenläufigkeitProf. Dr. Christian KohlsInformatik, Soziotechnische Systeme
4. Frameworks für nebenläufige Anwendungen• Actors mit akka• Play Framework• Node.js
HINWEIS:Die Inhalte dieser Folien sind NICHT klausurrelevant.Sie dienen der Anregung, sich mit diesen Frameworks zu beschäftigen.
akka.io
Akka
• Actor-Framework für Java und Scala• Ersetzt die bisherigen Actors in Scala
– Funktioniert konzeptionell genau wie bisher gesehen
– Etwas aufwändigere Einarbeitung:http://doc.akka.io/docs/akka/2.3.8/intro/getting-started.html
– Effizienter und robuster
Hello Wordmit alten (deprecated) Scala Actors
Hello Wordmit akka (von Typesafe Website)
Receive Methode
Become
Akka: Robuster und effizienter
ActorSystem und Actors• Actor System ist schwergewichtig und verwaltet 1..N Threads• Mehrere Actor Systeme gleichzeitig möglich, ein System ist eine logische Einheit• Actors sind leichtgewichtig und teilen sich Threads • Standardmäßig verhalten sich akka Actors wie die react Methode• Ereignis-gesteuerte Schleife: Nachrichten werden verteilt wenn sie eintreffen• Millionen von Actors gleichzeitig möglich (Overhead pro Actor ca. 300 Bytes)
Jeder Actor wird durch eine ActorReference gekapselt• Hierarchie von Actors• Actors gehören immer zu einem übergeordneten Actor• Actors können auf Fehler ihrer Kind-Actors reagieren• „Let it crash“ Modell: System kann sich selbst heilen
Actors in akka
Zu einem akka Actor gehören:• Actor Reference: kapselt den eigentlichen Actor• State: interner Zustand• Behavior: Verhalten• Mailbox: Verschiedene Strategien (FIFO, Priorität) möglich• Children: untergeordnete Actors• Supervisor Strategy: Übergeordneter Actor muss sich um Fehlerbehandlung kümmern
Strategien für übergeordneten Actor:- Untergeordneten Actor wieder anstoßen und
akkumulierten internen Zustand beibehalten- Untergeordneten Actor neu starten und
akkumulierten internen Zustand verwerfen- Untergeordneten Actor dauerhaft aufgeben - Fehler eskalieren, d.h. selbst scheitern
Actors Hierarchie
system.actorOf() -> erzeugt Kind von usercontext.actorOf() -> erzeugt Kind innerhalb eines Actors
Play web-site
https://www.playframework.com/
Play Framework
• Framework für Webanwendungen
• Direkte Unterstützung für Java und Scala
• Basiert auf akka
• Leichtgewichtige, zustandslose Architektur
• Geringe Ressourcennutzung (CPU, Speicher, Anzahl Threads)
• Typsicherheit bei der Datenverarbeitung
• Große Entwicklercommunity
• Viele erfolgreiche Anwendungen
Beispiel: Extreme Collaboration
Play Framework• Optimiert für asynchrone Programmierung
• Nicht-blockierendeVerarbeitung von AnfragenI/O Operationen
• Unterstützung asynchroner Kommunikation mit Clients mit WebSockets
• Unterstützung asynchroner Verarbeitung serverseitig
• Gute Template-Lösung
• Kosequente Umsetzung desModel View Controller Ansatzes
Bestandteile
Projekt in Eclipse öffnen
Activator UI• Verändern von Model, View, Controller im Browser• Automatisches Kompilieren
Actions und ControllerRequests werden von einer Aktion beantwortetAktionen sind Java Methoden, die - Request Paramter erhalten und verarbeiten - Ein Resultat an den Client zurücksenden Mehrere Aktionen werden zu Controllern zusammengefasst
Controller
Action
Result
Resultate
RedirectsAuch Redirects sind Resultate
Asynchrone Controller mit Promise
Jeder Request wird asynchron und nicht-blockierend behandeltController sollten möglichst auch asynchron arbeitenAction Code sollte nicht blockieren
Kritische Beispiele:Datenbankaufrufe, Abrufen von Daten via Web Services, lange Berechnungen
Statt eines Resultats wird das Versprechen auf ein Resultat geliefert: Promise <Result>
Das Versprechen auf ein Resultat wird später eingelöst - Das Resultat wir dann an den Client geschickt wenn es vorliegt - Der Action-Code ist längst abgearbeitet und hat nicht blockert
Beim Warten auf das Ergebnis wird nur der Web-Client blockiert, nicht der Server
Promise<Result> statt Result wiedergeben
Actions werden immer asynchron behandelt
Auch hier wird Result intern in ein Promise verpackt
Intern werden also Promise<Result> und Result gleich behandelt
Man könnte sagen, dass beim direkten zurückgeben von Resultdas Versprechen schneller eingelöst wird.
In jedem Fall wird das Resultat asynchron empfangen
Von Routes zu Controller-Actions Von Controller-Actions zu Views
…und mittendrin das Datenmodell
Controller und Views
- HTTP Request ist ein Event- Routes leiten die Anfrage an einen Action-Handler eines Controller weiter- Action-Handler verändert gffs. das Datenmodel- Weitergeleitet wird an einen View- Views können unabhängig voneinander existieren und verschiedene Sichten auf die gleichen Daten liefern
Views erzeugen mit TemplatesScala Templates sind Textdateien mit kleinen Scala Code-BlöckenErzeugt werden textbasierte Formate, z.B. HTML, XML, CSV,…
Beispiel-Template:
Beginn einesdynamischen Ausdrucks
Template Parameter
Iteration
Anforderungen an die Seitengestaltung
Unterschiedliche Inhaltein gleiche Vorlagen einbauen
Vorlagen-Bausteineunabhängig anpassen
Gleiche Inhaltein unterschiedlichenVorlagen nutzen
Trennung von Inhalt und Layout ist erforderlich!
Das Modell
• Business-Logik in package model festlegen• Playframework ist zustandslos• Persistente Datenhanltung über
– Datenbank– Cache (möglicher Datenverlust)– Flash/Session Scrope
(via Cookies, daher nur Strings und max 4KB)
Model View Controller (MVC)
Model
ViewController
User
nutzt sieht
Verändern,bearbeiten
Aktualisieren
ViewView
View
ControllerController
Controller
Vorteile MVC
• Ermöglicht Wartung und Entwicklung des Designsunabhängig von der Codebasis
• Emöglicht schrittweisen Aufbau einer Webanwendung
• Ermöglicht neue Repräsentation der gleichen Daten
• Ermöglicht Arbeitsteilung im Projekt
• Ermöglicht die Wiederverwendung von Funktionalitäten einer Webanwendung
• Ermöglicht Skalierbarkeit
Fallbeispiel: e-teaching.orgUmfangreiche Inhalte1200+ Inhaltsseiten80+ PDF Dokumente 100+ Produktsteckbriefe150+ Referenzbeispiele500+ Glossarbegriffe2000+ Blogeinträge
Community-Funktionen-Visitenkarte-Vernetzung der Mitglieder-Forum und Blog-Linklisten-Projektdatenbank
Verschiedene Anwender-Nutzer-Mitglieder-Partnerhochschulen-Redakteure-Landesportale
Angepasst an die verschiedenen Nutzer
e-teaching.org
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Community-Mitglieder Hochschul-Redakteure
e-teaching.org-Redaktion Landesportal
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e-teaching.org
Sichten auf spezielle Inhaltstypen
Produktsteckbriefe Referenzbeispiele Veranstaltungen Weiterbildung
Projektdatenbank Community-Events E-Teacher Audio-Pod
e-teaching.org
Realisierung e-teaching.org mit Plone / ZOPE und Python
Webframework basierend auf JavaScript
Node.js und Express Framework• Serverseitige Plattform für
Netzwerkanwendungen• Basiert auf der JavaScript Laufzeitumgebung „V8“• Ereignisgesteuerte Architektur• Optimiert für verteilte, daten-intensive
Echtzeitanwendung
Struktur
ModelView
Controller
Externe Module
Eigene Module Öffentliche Dateien: JavaScript, CSS, Bilder…
Hauptanwendung
Single Thread Event Loops
Server starten
> node myappserver.js
Programm-Logik
Clientseitiges Javascript
IdeaWall.js (client-seitig)
Synchroner vs. asynchroner Seitenaufbau
Web-Server
Benutzeraktionen ändern die Seite ohne Zugriff auf den Server
Web-ServerXjdooi dofOidufio df
pifdp
Aktualisierung von Seitenteilen stattGanzer Seiten
Asynchrone Verarbeitungauch auf dem Server
Ausblick
Visuelle Programmierung
Entwurfmuster (Softwaredesign)