В этой работе я использовал технологию многопоточности Java для создания приложения, моделирующего изменения температуры и влажности в помещении.

Переменные в среде помещения, которые необходимо контролировать:

• Температура
• Влажность

В комнате обязательно должны быть следующие предметы:

• Контроллер
• Датчик
• Вентилятор
• Обогреватель

Рабочий процесс программы

По умолчанию окружающая среда становится влажной и холодной медленно. При этом в помещении имеется пара датчиков температуры/влажности, которые измеряют температуру/влажность в помещении через фиксированные промежутки времени.

Когда температура/влажность в помещении превышает/ниже 1% заданного значения, датчик отправит сигнал на контроллер, который будет управлять включением обогревателя/вентилятора.

При включенном вентиляторе влажность будет медленно падать; при включенном обогревателе температура будет медленно повышаться.

Более конкретно:

• Когда влажность превышает пороговое значение, включается вентилятор.
• Когда влажность упадет ниже порогового значения, вентилятор выключится.
• Когда температура превысит порог, обогреватель отключится.
• Когда температура упадет ниже порога, обогреватель включится.

Компоненты программы

1. Класс Enviroment

   Этот класс поддерживает переменные temprature и humidity в среде для указания температуры и влажности; в то же время, чтобы поддерживать несколько потоков для одновременного изменения значений температуры и влажности, этот класс предоставляет методы класса:

   • heating: используется для увеличения значения temprature - имитация нагрева.
   • cooling: используется для уменьшения значения «температуры» - имитирует охлаждение.
   • humidify: используется для увеличения значения humidity - имитирует увлажнение.
   • drying: пользователь уменьшает значение «влажности» - имитирует осушение.

   Все вышеперечисленные методы синхронизируются через переменные блокировки tempratureLock и humidityLock, поддерживаемые внутри класса, поэтому их изменения являются потокобезопасными.

   Кроме того, класс Enviroment обеспечивает функцию автоматического увлажнения/охлаждения путем реализации интерфейса Runnable — его можно запускать как поток:

   ```java
   @Override
   public void run() {
       while (true) {
           Float current = this.sampling();
           if (current > preferred * (1 + Sensor.thresholdPercentage))
               this.highEvent(current);
           if (current < preferred * (1 - Sensor.thresholdPercentage))
               this.lowEvent(current);
           try {
               Thread.sleep(this.samplingInterval);
           } catch (InterruptedException e) {
               break;
           }
       }
   }
   ```
   

   Где updateInterval — это временной интервал для обновления влажности/температуры окружающей среды.

2. Абстрактный класс Sensor и класс EnviromentSensor

   Класс Sensor реализует общую реализацию датчика: он может работать как поток, реализуя интерфейс Runnable; при запуске он вызывает метод выборки для сбора данных - когда данные превышают/ниже порогового значения, Для выдачи уведомлений будет вызван метод highEvent/lowEvent:

   ```java
   @Override
   public void run() {
       while (true) {
           Float current = this.sampling();
           if (current > preferred * (1 + Sensor.thresholdPercentage))
               this.highEvent(current);
           if (current < preferred * (1 - Sensor.thresholdPercentage))
               this.lowEvent(current);
           try {
               Thread.sleep(this.samplingInterval);
           } catch (InterruptedException e) {
               break;
           }
       }
   }
   ```
   

   Все его подклассы должны реализовать следующие абстрактные методы:

   ```java
   abstract Float sampling();
   abstract void highEvent(Float current);
   abstract void lowEvent(Float current);
   ```
   

   Класс EnviromentSensor реализует функции, подобные замыканию, путем вызова соответствующего функционального интерфейса Function<Environment, Float> через прокси-методы sampling и highEvent/lowEvent:

   ```java
   @Override
   Float sampling() {
       Float value = this.samplingHandler.apply(this.environment);
       return value;
   }
   @Override
   void highEvent(Float current) {
       this.highEventHandler.apply(current);
   }
   @Override
   void lowEvent(Float current) {
       this.lowEventHandler.apply(current);
   }
   ```
   

3. Абстрактный класс Appliance и подклассы Fan, Heater

   Абстрактный класс Appliance может работать как поток, реализуя интерфейс Runnable; внутри него поддерживается бит флага running для управления работой потока:

   • Если для параметра running установлено значение false, выполнение потока будет остановлено, а блокировка будет снята с использованием метода wait.
   • Если для параметра running установлено значение true, поток продолжит выполнение, а в основном потоке будет вызван метод notify, чтобы рабочий поток мог продолжить выполнение.

   Конкретная реализация кода выглядит следующим образом:

   ```java
   @Override
   public void run() {
       synchronized (this) {
           while (true) {
               if (!this._running) {
                   try {
                       this.wait();
                   } catch (InterruptedException e) {
                       return;
                   }
               }
               if (this._running)
                   this.execute();
               try {
                   Thread.sleep(this.executionInterval);
               } catch (InterruptedException e) {
                   return;
               }
           }
       }
   }
   
   void start() {
       if (this._running)
           return;
       synchronized (this) {
           this._running = true;
           this.notify();
       }
   }
   
   void stop() {
       this._running = false;
   }
   ```
   

   Это гарантирует, что выполнение рабочего потока может динамически контролироваться.

   Подклассы Fan, Heater реализуют операции над экземпляром связанной среды Enviroment путем переопределения метода execute - соответственно, они будут вызывать операции heating/drying, осушения и нагревания соответственно.

4. Класс Controller

   Класс Controller реализует динамическое управление средой путем создания экземпляров классов Fan, Heater, EnviromentSensor и связывания соответствующих сигналов и функций обратного вызова. В то же время этот класс также используется для вывода текущего значения датчика в консоль.

   Его метод start запустит все соответствующие рабочие потоки.

Результат программы

Построив вывод программы, можно получить следующий график:

Видно, что через некоторое время температура/влажность контролируется в интервале около заданного значения – это говорит о том, что программа работает корректно.

Тест

Я написал несколько тестов для этого проекта, которые проверяют нормальную функциональность, которую должна реализовать программа:

• SensorTest: используется для проверки работы сенсорного модуля.
• ApplianceTest: используется для проверки работы такого оборудования, как обогреватели/вентиляторы.
• EnviromentTest: используется для проверки работы модулей среды.

Я очищаю, компилирую и тестирую проект, используя следующие команды:

mvn clean
mvn compile
mvn test

Пройдены все тесты:

[INFO] -------------------------------------------------------
[INFO]  T E S T S
[INFO] -------------------------------------------------------
[INFO] Running ru.spbstu.telematics.java.SensorTest
[INFO] Tests run: 3, Failures: 0, Errors: 0, Skipped: 0, Time elapsed: 0.232 s -- in ru.spbstu.telematics.java.SensorTest
[INFO] Running ru.spbstu.telematics.java.ApplianceTest
[INFO] Tests run: 2, Failures: 0, Errors: 0, Skipped: 0, Time elapsed: 1.502 s -- in ru.spbstu.telematics.java.ApplianceTest
[INFO] Running ru.spbstu.telematics.java.EnviromentTest
[INFO] Tests run: 5, Failures: 0, Errors: 0, Skipped: 0, Time elapsed: 0.102 s -- in ru.spbstu.telematics.java.EnviromentTest
[INFO] Results:
[INFO] Tests run: 10, Failures: 0, Errors: 0, Skipped: 0