Отчёт

.gitignore

@@ -1 +1,2 @@
-target
+target
+tmp

lab3/report/report.txt

@@ -0,0 +1,97 @@
+h1. Отчёт по лабораторной работе №3 (Тищенко Артём)
+
+
+h2. Задание
+
+В данной работе необходимо написать многопоточное приложение, которое эмулирует заданную модель. Студент сам должен спроектировать потоки, которые отвечают за поведение сущностей из полученного задания. Взаимодействие потоков должно быть синхронизировано и приложение должно быть протестирование на наличие dead locks и race conditions. Приложение не должно переставать работать из-за изменения задержек и модель не должна быть полностью синхронной.
+
+h2. Мой вариант
+
+Обогреватель — вентилятор. Каждая комната в здании имеет управляющий терминал для наблюдения и контролирования за окружающей средой. Каждый терминал измеряет и выводит текущую температуру и влажность. В каждой комнаты кроме того установлена предпочтительная температура и влажность (пара чисел). Если текущие значения температуры или влажности вышли за пределы предпочтительных настроек более чем на 1%, тогда станция включает/выключает обогреватель или вентилятор. Должны быть следующие процессы: сенсоры, настройки, обогреватель — вентилятор, контроллер.
+
+h2. Архитектура и компоненты реализации
+
+Приложение состоит из нескольких основных классов:
+
+# *App*
+#* Точка входа в программу.
+#* Создаёт объект _Room_, объекты _Settings_ и _Controller_, затем запускает поток с контроллером.
+#* При необходимости может выступать стартовой площадкой для других потоков (например, если вы решите запускать класс _Room_ как отдельный поток).
+# *Room* (реализует _Runnable_)
+#* Симулирует физические процессы в комнате.
+#* Хранит внутренние поля:
+#** _temperature_ – текущая температура в градусах Цельсия.
+#** _humidity_ – текущая относительная влажность (0..1).
+#* Периодически изменяет температуру и влажность случайным образом.
+#* Методы _adjustTemperature()_ и _adjustHumidity()_ помечены как _synchronized_, чтобы избежать гонок данных.
+#* При запуске в потоке (метод _run()_) постоянно вносит небольшие случайные изменения в температуру и влажность.
+# *Sensor* (реализует _Runnable_)
+#* Представляет набор датчиков в комнате.
+#* Периодически (с заданным интервалом) считывает актуальную _temperature_ и _humidity_ из _Room_, добавляя некоторую случайную погрешность.
+#* Хранит результат измерений во внутренних полях (например, _temperature_, _humidity_).
+#* Эти значения затем читает _Controller_.
+# *Heater* (реализует _Runnable_)
+#* Нагреватель комнаты.
+#* При включённом состоянии (_isOn_ = true) повышает температуру в комнате на случайную величину.
+#* Работает в собственном потоке, периодически внося изменения в _Room_ (через _adjustTemperature()_).
+# *Fan* (реализует _Runnable_)
+#* Вентилятор, уменьшающий влажность.
+#* При включённом состоянии (_isOn_ = true) понижает влажность в комнате на случайную величину.
+#* Работает в собственном потоке, периодически внося изменения в _Room_ (через _adjustHumidity()_).
+# *Controller* (реализует _Runnable_)
+#* Логический контроллер, который:
+#** Читает измерения с _Sensor_ (температура и влажность).
+#** Сравнивает их с желаемыми параметрами из _Settings_.
+#** Включает/выключает _Heater_ и _Fan_, если показатели выходят за пределы допустимых значений.
+#* Запускается в отдельном потоке и периодически (по заданному интервалу) проверяет состояние сенсоров и управляет нагревателем/вентилятором.
+#* При завершении (прерывании) аккуратно останавливает все подчинённые потоки (_Sensor_, _Heater_, _Fan_).
+# *Settings* (реализует _Runnable_)
+#* Хранит желаемую температуру и влажность, заданные пользователем.
+#* Периодически (в методе _run()_) может изменять эти настройки, симулируя поведение человека, корректирующего параметры.
+#* Хранится и используется в _Controller_ для решения, когда включать/выключать нагреватель и вентилятор.
+# *Utils*
+#* Вспомогательный класс с методами:
+#** _sleep(...)_ – безопасная пауза (учитывает _InterruptedException_).
+#** _sleepRandomTime(...)_ – пауза случайной длины (диапазон задаётся параметрами).
+#* Используется всеми потоками для имитации задержек, дабы избежать полного синхронного шага у всех объектов.
+
+
+h2. Тестирование
+
+Ниже приведён краткий обзор тестовых классов и методов, покрывающих основные аспекты работы приложения:
+
+# *AppTest*
+#* *testNoDeadlock()* – проверяет отсутствие взаимной блокировки (deadlock), когда одновременно запущены _Controller_ и _Room_.
+#* *testNoRaceCondition()* – тест на отсутствие гонок (race conditions), в ходе которого периодически проверяются значения температуры и влажности в _Room_.
+# *FanTests*
+#* *testFanOn()* – проверяет, что при включённом вентиляторе влажность в комнате уменьшается, а температура остаётся без изменений.
+#* *testFanOff()* – проверяет, что при выключенном вентиляторе ни температура, ни влажность не меняются.
+# *HeaterTests*
+#* *testHeaterOn()* – убеждается, что при включённом нагревателе температура в комнате увеличивается, а влажность не меняется.
+#* *testHeaterOff()* – при выключенном нагревателе показатели комнаты не меняются.
+# *RoomTests*
+#* *testTemperatureAndHumidityChange()* – запускает _Room_ в отдельном потоке и проверяет, что температура и влажность действительно меняются со временем.
+# *SensorTests*
+#* *testSensor()* – эмулирует работу сенсора с помощью макета комнаты (_MockRoom_), сверяет реальное значение температуры и влажности с тем, что возвращает сенсор, учитывая допустимую погрешность.
+
+h3. Результаты тестов
+
+Ниже представлена иллюстрация (вывод в консоли) после успешного запуска _mvn test_, где видно, что все тесты проходят:
+
+!tests-results.png!
+
+h2. Результаты работы программы
+
+Результаты 60 секунд симуляции представлены на скриншоте ниже.
+
+<pre>
+mvn package
+java -jar .\target\lab3-1.0-SNAPSHOT.jar
+</pre>
+
+!results.png!
+
+
+h2. Исходный код
+
+*Исходный код доступен на "GitHub":https://github.com/Arity-T/java_labs/tree/main/lab3 .*

lab3/src/main/java/ru/spbstu/telematics/java/App.java

@@ -7,9 +7,14 @@ public class App {
         Locale.setDefault(Locale.ENGLISH);
 
         Room room = new Room();
-        Settings settings = new Settings(28, 0.4);
+        Thread roomThread = new Thread(room);
+        Settings settings = new Settings(room, 28, 0.4);
+        Thread settingsThread = new Thread(settings);
         Controller controller = new Controller(room, settings);
         Thread controllerThread = new Thread(controller);
+
+        roomThread.start();
+        settingsThread.start();
         controllerThread.start();
     }
 }

lab3/src/main/java/ru/spbstu/telematics/java/Fan.java

@@ -28,8 +28,8 @@ public class Fan implements Runnable {
     }
 
     private Random random = new Random();
-    private double humidityMaxStep = 0.03;
-    private long maxStepTimeMs = 3000;
+    private double humidityMaxStep = 0.005;
+    private long maxStepTimeMs = 500;
 
     @Override
     public void run() {

lab3/src/main/java/ru/spbstu/telematics/java/Heater.java

@@ -28,8 +28,8 @@ public class Heater implements Runnable {
     }
 
     private Random random = new Random();
-    private double temperatureMaxStep = 1;
-    private long maxStepTimeMs = 3000;
+    private double temperatureMaxStep = 0.25;
+    private long maxStepTimeMs = 500;
 
     @Override
     public void run() {

lab3/src/main/java/ru/spbstu/telematics/java/Room.java

@@ -39,16 +39,18 @@ public class Room implements Runnable {
 
     // Параметры произвольного изменения температуры и влажности в комнате
     private Random random = new Random();
-    private double temperatureMaxStep = 1;
-    private double humidityMaxStep = 0.05;
-    private long maxStepTimeMs = 3000;
+    private double temperatureMaxStep = 0.12; // примерно 0.5% от средних значений
+    private double humidityMaxStep = 0.003;
+    private long maxStepTimeMs = 500;
 
     @Override
     public void run() {
-        // Пусть температура и влажность произвольно изменяются со временем
+        // Пусть температура и влажность почти произвольно изменяются со временем,
+        // но со временем становится немного холоднее (комната остывает), а влажность
+        // немного растёт (потому что нужно иногда проветривать).
         while (!Thread.interrupted()) {
-            temperature += (random.nextDouble() - 0.5) * 2 * temperatureMaxStep;
-            humidity += (random.nextDouble() - 0.5) * 2 * humidityMaxStep;
+            temperature += (random.nextDouble() - 0.6) * 2 * temperatureMaxStep;
+            humidity += (random.nextDouble() - 0.4) * 2 * humidityMaxStep;
 
             Utils.sleepRandomTime((long) (maxStepTimeMs * 0.5), maxStepTimeMs);
         }

lab3/src/main/java/ru/spbstu/telematics/java/Settings.java

@@ -6,6 +6,8 @@ import java.util.Random;
  * Симулирует переодическое изменение настроек пользователем. 
  */
 public class Settings implements Runnable {
+    private Room room;
+
     private double temperature;
 
     public double getTemperature() {
@@ -18,24 +20,33 @@ public class Settings implements Runnable {
         return humidity;
     }
 
-    public Settings(double temperature, double humidity) {
+    public Settings(Room room, double temperature, double humidity) {
+        this.room = room;
         this.temperature = temperature;
         this.humidity = humidity;
     }
 
     // Параметры произвольного изменения настроек температуры и влажности в комнате
     private Random random = new Random();
-    private double temperatureMaxStep = 10;
-    private double humidityMaxStep = 0.15;
-    private long maxStepTimeMs = 20000;
+    private double temperatureMaxStep = 6;
+    private double humidityMaxStep = 0.10;
+    private long maxStepTimeMs = 30000;
+
+    private void log(String string) {
+        System.out.printf("[Settings in room %s] %s\n", room.name, string);
+    }
 
     @Override
     public void run() {
         while (!Thread.interrupted()) {
+            Utils.sleepRandomTime((long) (maxStepTimeMs * 0.5), maxStepTimeMs);
+
             temperature += (random.nextDouble() - 0.5) * 2 * temperatureMaxStep;
             humidity += (random.nextDouble() - 0.5) * 2 * humidityMaxStep;
 
-            Utils.sleepRandomTime((long) (maxStepTimeMs * 0.5), maxStepTimeMs);
+            log(String.format(
+                    "Changed to temperature %.2fC°, humidity %.2f%%",
+                    temperature, humidity));
         }
     }
 }

lab3/src/test/java/ru/spbstu/telematics/java/AppTest.java

@@ -3,9 +3,76 @@ package ru.spbstu.telematics.java;
 import org.junit.jupiter.api.Test;
 import static org.junit.jupiter.api.Assertions.*;
 
-class SampleTests {
+import java.lang.management.ManagementFactory;
+import java.lang.management.ThreadMXBean;
+
+public class AppTest {
+
+    /**
+     * Тест проверяет, что при параллельном запуске всех потоков
+     * не возникает взаимной блокировки (deadlock).
+     */
     @Test
-    void sampleTest() {
-        assertTrue(true);
+    void testNoDeadlock() throws InterruptedException {
+        Room room = new Room();
+        Settings settings = new Settings(room, 28.0, 0.4);
+        Controller controller = new Controller(room, settings);
+        Thread controllerThread = new Thread(controller);
+        Thread roomThread = new Thread(room);
+
+        controllerThread.start();
+        roomThread.start();
+
+        // Будем проверять наличие deadlock несколько раз с периодом 1 сек
+        // Общая длительность теста 10 секунд
+        ThreadMXBean threadBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
+        for (int i = 0; i < 10; i++) {
+            Thread.sleep(1000);
+
+            long[] threadIds = threadBean.findDeadlockedThreads();
+            // Если возвращается не null, значит обнаружен deadlock
+            assertNull(threadIds, "Обнаружен deadlock.");
+        }
+
+        controllerThread.interrupt();
+        roomThread.interrupt();
+
+        controllerThread.join();
+        roomThread.join();
+    }
+
+    /**
+     * Тест проверяет отсутствие гонок (race conditions),
+     * когда значения становятся очевидно некорректными или программа "падает".
+     */
+    @Test
+    void testNoRaceCondition() throws InterruptedException {
+        Room room = new Room();
+        Settings settings = new Settings(room, 25.0, 0.4);
+        Controller controller = new Controller(room, settings);
+        Thread controllerThread = new Thread(controller, "Controller-Thread");
+        Thread roomThread = new Thread(room, "Room-Thread");
+
+        controllerThread.start();
+        roomThread.start();
+
+        long startTime = System.currentTimeMillis();
+        long testDuration = 10000;
+
+        while (System.currentTimeMillis() - startTime < testDuration) {
+            double t = room.getTemperature();
+            double h = room.getHumidity();
+
+            assertTrue(t > -50 && t < 100, "Температура вышла за пределы допустимых значений, возможна гонка");
+            assertTrue(h >= -0.5 && h <= 1.5, "Влажность вышла за пределы допустимых значений, возможна гонка");
+
+            Thread.sleep(200);
+        }
+
+        controllerThread.interrupt();
+        roomThread.interrupt();
+
+        controllerThread.join();
+        roomThread.join();
     }
 }