Eine Entwicklungsumgebung im Web

1. Eine Entwicklungsumgebung im Web IFC-Seminar WS98/99 20.01.1999 Holger Otte

2. Ziel der Arbeit Ziel: Ausführung von Java-Programmen in einem Web-Browser • Start sowohl von Kommandozeile als auch in Browser • Zugriff auf System.in und System.out • ohne Zugriff auf native Methoden • Shell Erweiterungen: • Quellcode ansehen, • editieren und abspeichern, • neu übersetzen

3. Inhalt • Dynamisches Zuladen und Ausführen eines Java-Programms • Umlenken der Standardeingabe und -ausgabe • ClassLoader • Aufbau des Systems • Prozeßverwaltung • Virtuelles Dateisystem • Terminaltreiber • Abschlußbetrachtung • Ausblick

4. Dynamisches Zuladen und Ausführen einesJava-Programms • Reflection-API try { Class cl = Class.forName(className); Method m = cl.getMethod ("main", new Class[] {args.getClass()}); m.invoke (null, new Object[] {args}); } catch (ClassNotFoundException e) { } catch (InvocationTargetException e) { } catch (IllegalAccessException e) { } catch (NoSuchMethodException e) { }

5. Umlenken der Standardeingabe und -ausgabe • Methoden der System-Klasse: • setIn(InputStream in) • setOut(PrintStream out) • setErr(PrintStream err) • obwohl System.in, System.out, System.err als public final deklariert!? • Umlenken auf TextArea => Terminaltreiber • Implementierung mit Methoden der Klasse TextArea: • append(String str) • setCaretPosition(int position) • addKeyListener(KeyListener l)

6. Nachteile/Probleme der vorgeschlagenen Lösung • Zugriff auf Standardeingabe und -ausgabe über Klasse FileDescriptor • Probleme bei parallel betriebenen Programmen: • alle Applets eines Browser laufen in einer virtuellen Maschine • nur ein System.in und ein System.out für alle Applets • Probleme sowohl bei zwei oder mehr Terminals, als auch • in einem Terminal mit Hintergrundbetrieb • Laden von Klassen mit Class.forName() unflexibel

7. Verbesserungsvorschlag 1:Verteiler-InputStream • Idee: • System.in auf Verteiler-InputStream umlenken • Verteiler-InputStream handelt in Abhängigkeit vom lesenden Thread • entsprechender Verteiler-OutputStream Programm 1 read() Programm 2 System.in Programm 3

8. Verbesserungsvorschlag 1:Verteiler-InputStream • Problem: • Unterklassen von Reader synchronisieren in Methode read auf Objekt lock • lock wird in InputStreamReader auf InputStream gesetzt • mit new InputStreamReader(System.in)synchronisiert InputStream auf System.in ==> liest ein Thread, so kann kein anderer mehr lesen ==> Idee unbrauchbar

9. Wie lädt die virtuelle Maschine dynamisch Klassen zu? • Klasse ClassLoader bzw. Unterklasse von ClassLoader • Zu Klassenname Binärform finden ==> Datei, URL, Speicher • Virtuelle Maschine: interne Tabelle mit Spalten • Klassenname • ClassLoader • Class-Objekt • Zwei Klassen sind identisch, falls: • Klassenname identisch und • ClassLoader identisch • Klasse referenziert weitere Klassen => gleicher ClassLoader

10. Implementierung ClassLoader • Unterklasse der abstrakten Klasse java.lang.ClassLoader • Methoden: • implementieren: • Class loadClass(String name) • zurückgreifen auf: • Class defineClass(String name, byte data[], int offset, int length) • void resolveClass(Class c) • Class findSystemClass(String name)

11. Verbesserungvorschlag 2:ClassLoader ersetzt Klasse System • ClassLoader lädt statt Systemklassen eigene Versionen dieser Klassen • eigene Klasse System: • jedes Programm bekommt seine „eigene“ Klasse System • System.in, System.out, System.err können für jedes Programmunabhängig gesetzt werden • Problem: • Java Systemklasse greift auf alte Systemklasse zu

12. Möglichkeiten durch den Einsatz eines eigenen ClassLoaders • Klassen können flexibel zugeladen werden: • von lokaler Platte • übers Netz (URL) • aus Speicher • Programme können parallel ausgeführt werden: • jedes Programm bekommt seine „eigene“ System-Klasse • weitere System-Klassen können durch eigene ersetzt werden: • Klassen des java.io - Pakets => virtuelles Dateisystem • Runtime-Klasse • ==> Simulation Komponenten eines Betriebssystems

13. System - Aufbau Java Programme Eigene System-Klassen virtuelles Datei-system Prozeß-verwal-tung Terminal-Treiber VM

14. ProzeßverwaltungAufgaben • Sicherheitsbeschränkungen, Thread eines Prozesses darf nicht: • auf Speicherbereich eines anderen Prozesses, d.h. auf dessen Objekte und Methoden zugreifen • Threads eines anderen Prozesses manipulieren • unbeschränkt auf System-Klassen zugreifen (Bsp: System.exit()) • Prozeß besitzt eigene Standardeingabe und -ausgabe, Dateiverbindungen • kontrollierendes Terminal • Vererbung

15. ProzeßverwaltungRealisierung • Sicherheitsbeschränkungen ==> Sandbox-Modell • innerhalb der Sandbox ist alles erlaubt, • Zugriffe auf Umgebung enden mit SecurityException • Wesentliche Konzepte: • ClassLoader • SecurityManager

16. ProzeßverwaltungSecurityManager • befragt, bevor Systemklasse potentiell sensible Operation ausführt • ggf. Auslösen SecurityException • Beispiel: Methode canRead() in Klasse java.io.File public boolean canRead() { SecurityManager security = System.getSecurityManager(); if (security != null) { security.checkRead(path); } return canRead0(); } ==> SystemSecurityManager

17. ProzeßverwaltungSystemSecurityManager • Netzwerkzugriff • Zugriffe auf das lokale Dateisystem • Virtuelle Maschine und Umgebung • Zugriff auf Threads • Anlegen eines ClassLoaders

18. ProzeßverwaltungImplementierung • Klasse SystemSecurityManager • Klasse Process: • ProcessClassLoader • ProcessManager • ThreadGroup für User-Threads • Klasse ProcessManager • Verwaltung Prozesse • Signale vom kontrollierenden Terminal • Klasse JIDProcess • Schnittstelle für Anwendungen

19. ProzeßverwaltungWann ist ein Prozeß zu Ende? • Organisation von Threads in ThreadGroups • Prioritäten • Ende der Virtuellen Maschine: alle nicht Dämon-Threads beendet • Dämon-Threads • unerheblich für Frage nach dem Ende der virtuellen Maschine • Bsp.: Garbage Collection • Methode setDaemon() • Ende eines Prozesses: alle nicht Dämon-Threads des Prozesses beendet

20. ProzeßverwaltungLebenszyklus eines Threads VM Thread ThreadGroup <init> new Thread() setPriority() add() start() run() exit() remove() Threadzustände: deaktiviert aktiviert zerstört

21. ProzeßverwaltungLösungsvorschläge Ermittlung Prozeßende • Regelmäßige Überprüfung • Nachteil: Prozeßende erst mit Verzögerung festzustellen • Eigene Thread-Klasse • Problem: Threads, die in Systemklassen gestartet werden • Einklinken in remove-Methode der ThreadGroup • Nachteil: Dämon-Threads werden erfaßt • oder ...

22. ProzeßverwaltungRealisierung: Ermittlung Prozeßende System Security Manager WaitThreadGroup UserThreadGroup Join() join() checkAccess() WaitThread Thread join() WaitThread Thread join() WaitThread Thread checkAccess() ProcessSecurityManager

23. Virtuelles Dateisystem • Orientierung an Klassen aus dem Paket java.io.*: • File • FileDescriptor • FileInputStream, FileOutputStream • Aufbau des virtuellen Dateisystems: • FileSystem • FD, Filp • VFile, VDirectory • VFile: • Datei auf Festplatte • Datei auf bel. URL • Datei im Speicher der Virtuellen Maschine • Terminal

24. Abschlußbetrachtung • Realisiert: • Ausführen von Java-Programmen im Browser • Parallelbetrieb mehrerer Programme • Quellcode ansehen, verändern, speichern • Problematisch • Virtuelles Dateisystem • Compilieren von Java-Klassen==> Java-Compiler in Java geschrieben==> Quellen von SUN

25. Ausblick • Lösung Compilerproblem • Ausbau virtuelles Dateisystem • Schnittstellen zu File-Servern • Benutzer-Management • verteiltes Dateisystem • verteilte Prozesse • Ausbau Entwicklungsumgebung • Debugger • Interface-Builder