\chapter{Implementierung}

In diesem Kapitel wird auf die Implementierung des Simulators eingegangen. Der Simulator wurde in der Programmiersprache Java entwickelt. Bei der Betrachtung der Zielgruppe wird klar, dass Java für die gestellte Aufgabe die geeignetste Programmiersprache ist. Der Simulator ist somit auf jedem Betriebssystem ausf\"{u}hrbar, für das es eine JRE (Java Runtime Environment) gibt. Da an der Fachhochschule Aachen die Programmiersprache Java gelehrt wird, sollten die Studenten die M\"{o}glichkeit haben durch eigene Erweiterungen des Simulators Protokolle entwerfen zu k\"{o}nnen. Der Simulator wurde mit dem derzeit aktuellsten Java SDK (Software Development Kit) in der Version 6 (1.6) entwickelt.

\begin{table}
	\fbox{
	\begin{tabular}{l|l}
		\textbf{Paketname} & \textbf{Beschreibung} \\
		\hline 
		\textit{core} & Klassen für Prozesse und Nachrichten\\
		\textit{core.time} & Klassen für Zeitformate\\
		\textit{events} & Basisklassen für Ereignisse\\
		\textit{events.implementations} & Implementierungen von Ereignissen\\
		\textit{events.internal} & Implementierungen von internen Ereignissen\\
		\textit{exceptions} & Klassen für Fehlerbehandlungen\\
		\textit{prefs} & Klassen für die Einstellungen\\
		\textit{prefs.editors} & Klassen für die Editoren\\
		\textit{protocols} & Basisklassen für Protokolle\\
		\textit{protocols.implementations} & Implementierungen von Protokollen\\
		\textit{serialize} & Helferklassen für die Serialisierung von Simulationen\\
		\textit{simulator} & Klassen für die GUI und die Visualisierung\\
		\textit{utils} & Diverse Helferklassen\\
	\end{tabular}
	}
	\caption{Die Paketstruktur}
	\label{tb:Pakete}
\end{table}

Da es sonst den Rahmen sprengen würde, soll im Folgenden der komplette Quelltext nicht bis in das letzte Detail behandelt werden. Der Quelltext erstreckt sich nämlich, einschließlich Kommentare, auf über 15.000 Zeilen und über 61 Dateien. Zudem ist die generierte Quelltext-Dokumentation (Javadoc) über 2MB groß. Alle folgenden UML-Diagramme stellen aufgrund der Übersichtlichkeit lediglich die wesentlichen Dinge dar. Alle Details lassen sich im Quelltext und der dazugehörigen Dokumentation einsehen. Die Paketstruktur des Quelltextes ist in Tabelle \ref{tb:Pakete}. in alphanumerischer Reihenfolge aufgeführt.  

\section{Einstellungen und Editoren}

Eine Simulation ist von einer Vielzahl von Einstellungen abhängig. Da auf diese Einstellungen in den weiteren Teilkapitel stets zurückgegriffen wird, macht es Sinn, die dazugehörigen Klassen zuerst zu betrachten.

\subsubsection{Einstellungsobjekte}

In Abbildung \ref{fig:PackagePrefs}. ist der Aufbau des Pakets \textit{prefs} zu sehen. In einer Instanz der Klasse \textit{VSPrefs} lassen sich viele verschiedene Daten als Variablen für eine spätere Verwendung dynamisch ablegen und stellt somit einen Container für diese Daten dar. In einem \textit{VSPrefs}-Objekt speichert der Simulator alle seine Einstellungen ab. Zudem besitzt jedes Prozessobjekt und jedes Ereignisobjekt für lokale Einstellungen seine eigene Instanz von \textit{VSPrefs}. Später wird noch erklärt, dass Protokollobjekte auch als Ereignisse eingesetzt werden, womit Protokolleinstellungen auch in einem \textit{VSPrefs}-Objekt abgespeichert werden k\"{o}nnen. Selbst Nachrichtenobjekte besitzt hiervon eine eigene Instanz, wobei hier die zu verschickenden Daten abgelegt werden. 

\begin{figure}[h]
	\centering
	\includegraphics[width=7cm]{images/prefs}
	\caption{Das Paket \textit{prefs}}
	\label{fig:PackagePrefs}
\end{figure}

Jede Variable besteht aus einen Datentypen, einen Variablennamen und einer optionalen Beschreibung sowie einen Wert. Einige Datentypen unterstützen auch die Angabe von Minimal- und Maximalwerten (zum Beispiel besteht eine Prozentangabe aus einen Integerwert zwischen \textit{0} und \textit{100}), was mit Hilfe der \textit{VSPrefsRestriction}-Klasse implementiert wird. Da der Anwender beispielsweise bei Prozent ein \textit{\%} und bei Millisekunden ein \textit{ms} hinter der Variable sehen möchte, kann für jede Variable auch ein optionaler Einheiten-String abgespeichert werden. 

Eine Variablenbeschreibung wird für die Darstellung im GUI verwendet, während der Variablenname eher für die interne Verwendung vom Simulator verwendet wird. Zum Beispiel hat die Variable \textit{message.prob.outage} (Verlustwahrscheinlichkeit einer Nachricht) als Variablenbeschreibung ``Nachrichtenverlustw'keit''. Wenn für eine Variable keine Beschreibung existiert so wird, wie in Abbildung \ref{fig:SimulationseinstellungenExperten}. anhand der Farbvariablen schon gesehen wurde, für die Anzeige einer Variable der Datentyp und der Variablenname verwendet. Variablennamen verwenden die in Tabelle \ref{tb:VariablenPraefixe}. angegebenen Präfixkonventionen. Alle verfügbaren Typen wurden bereits in Tabelle \ref{tb:VariablenDatentypen}. aufgelistet. \textit{VSPrefs} stellt für alle Variablentypen entsprechende Zugriffsmethoden zur Verfügung.  

Im Folgenden werden nicht alle existierenden Methoden aufgelistet, da diese auch in der Quelltext-Dokumentation eingesehen werden können. Stattdessen werden die Methoden nur anhand des Integer-Datentyps verdeutlicht. Für alle anderen Typen gilt fast alles analog. Für Integer stehen in \textit{VSPrefs} folgende Methoden zur Verfügung:

\begin{itemize}
	\setlength{\itemsep}{-2mm}
	\item \textit{void setInteger(String key, Integer val)}
	\item \textit{void setInteger(String key, Integer val, String descr)}
	\item \textit{void setInteger(String key, int val)}
	\item \textit{void setInteger(String key, int val, String descr)}
	\item \textit{Integer getIntegerObj(String key)}
	\item \textit{int getInteger(String key)}
	\item \textit{java.util.Set<String> getIntegerKeySet()}
	\item \textit{void initInteger(String key, int val) }
	\item \textit{void initInteger(String key, int val, String descr) }
	\item \textit{void initInteger(String key, int val, String descr, int minValue, int maxValue) }
	\item \textit{void initInteger(String key, int val, String descr, int minValue, int maxValue, String unit) }
	\item \textit{void initInteger(String key, int val, String descr, VSPrefsRestriction.VSIntegerPrefsRestriction r) }
	\item \textit{void initInteger(String key, int val, String descr, VSPrefsRestriction.VSIntegerPrefsRestriction r, String unit) }
\end{itemize}

\begin{table}
	\fbox{
	\begin{tabular}{c|l|l}
		\textbf{Variablen-Präfix} & \textbf{Beschreibung}  & \textbf{Beispiel}\\
		\hline 
		\textit{col} & Farbvariablen & \textit{Color: col.background = Color-Objekt}\\
		\textit{div} & Diverse versteckte Variablen & \textit{Integer: div.window.logsize = 300} \\
		\textit{keyevent} & Variablen, die Tastaturkürzel definieren & \textit{Integer: keyevent.close = KeyEvent.VK\_C} \\
		\textit{lang} & Variablen, die Text beinhalten & \textit{String: lang.activate = aktivieren}\\
		\textit{message} & Variablen, die Nachrichten betreffen & \textit{Integer: message.prob.outage = 0}\\
		\textit{process} & Variablen, die Prozesse betreffen & \textit{Integer: process.prob.crash = 0}\\
		\textit{sim} & Allgemeine Simulationsvariablen & \textit{Integer: sim.process.num = 3}\\
	\end{tabular}
	}
	\caption{Konventionen für Variablennamen-Präfixe in \textit{VSDefautPrefs}}
	\label{tb:VariablenPraefixe}
\end{table}

Hierbei stellt \textit{key} den Variablennamen- und \textit{val} den Variablenwert dar. \textit{descr} ist eine optionale Variablenbeschreibung. Es können sowohl Java's Integer-Objekte, als auch Java's primitiver Integer-Typ \textit{int} verwendet werden. Ein \textit{int}-Wert wird intern allerdings als Integer-Objekt abgespeichert (für eine spätere Serialisierung, mehr dazu aber später) und macht somit keinen großen Unterschied. Die Methode \textit{getIntegerKeySet} gibt alle vorhandenen Integer-Variablennamen (\textit{key}s) als \textit{Set} zurück.

\textit{VSPrefs} bietet auch eine Reihe von \textit{initInteger}-Methoden an, welche sich von den \textit{setInteger}-Methoden dadurch unterscheiden, dass sie einer Variable nur einen Wert zuweisen, wenn sie vorher noch nicht initialisiert wurde, was durch \textit{setInteger} oder \textit{initInteger} selbst geschehen sein kann. Eine komplette Übersicht aller Methoden (auch für andere Datentypen) gibt es in der Quelltext-Dokumentation.

\textit{VSPrefs} speichert alle Integervariablen in einem \textit{HashMap<String,Integer>}-Objekt ab, wobei der String-Wert den Variablennamen \textit{key} angibt. Für die Beschreibung \textit{descr}, den Einheiten-String \textit{unit} sowie möglichen Minimal- und Maximalwerte werden separate Instanzen von \textit{HashMap} verwendet. Da alle \textit{HashMap}-Objekte synchronisiert sind, können alle Methoden von \textit{VSPrefs} aus verschiednenen Threads gleichzeitig verwendet werden. 

\textit{VSSerializablePrefs} implementiert das Interface \textit{VSSerializable} und kann somit alle enthaltenen Daten in eine Datei abspeichern beziehungsweise laden. Auf die Serialisierung und Deserialisierung von Simulationen wird später genauer eingegangen.

Die Klasse \textit{VSDefaultPrefs} erweitert \textit{VSSerializablePrefs} und initialisiert bei Instantiierung automatisch alle verfügbaren Simulationsvariablen (bereits schon \"{u}ber 160) mit ihren Standardwerten. Dort sind auch alle Spracheinstellungen abgelegt. Sollte jemand den Simulator in eine andere Sprache, zum Beispiel ins Englische, übersetzen wollen, so muss er lediglich diese Datei und die Protokoll-Klassen (mehr dazu später) editieren. Die Spracheinstellungen sind einem \textit{VSPrefs}-Objekt als versteckte String-Variablen abgespeichert. Spracheinstellungen für Protokolle wurden in den Protokollklassen direkt angegeben, da dies mehr Komfort für den Protokollentwickler bedeutet und für jede neu programmierte Textausgabe nicht ständig \textit{VSDefaultPrefs.java} editiert werden muss. 

Alle Variablen die als Präfix \textit{lang}, \textit{keyevent}, \textit{div} oder \textit{col} im Namen tragen, sind versteckte Variablen und werden in einem Editor nicht angezeigt. Im Expertenmodus sind hingegen nur Variablen, die mit \textit{lang} und \textit{keyevent} beginnen, versteckt. Somit lassen sich im Expertenmodus weitere Variablen vom Anwender editieren.

\subsubsection{Editorobjekte}

Wie Variablen intern abgespeichert werden, ist bereits bekannt. Für das Editieren der Variablen werden Editor-Objekte verwendet. In Abbildung \ref{fig:PackagePrefsEditors}. ist die Klassenstruktur des dazugehörigen Paketes \textit{prefs.editors} angegeben. 

Die Basis eines Editors stellt die abstrakte Klasse \textit{VSAbstractEditor} dar, dem ein \textit{VSPrefs} Objekt zum Editieren übergeben wird. Ein Editor stellt alle verfügbaren nicht-versteckten Variablen des \textit{VSPrefs}-Objektes im GUI dar und bietet gleichzeitig die Möglichkeit, alle Variablen darüber zu editieren. Für das Editieren von Farbwerten wird auf \textit{VSColorChooser} zurückgegriffen. Die Klasse \textit{VSEditorTable} ist für das \textit{JTable}-Objekt aus Java's Swing-Bibliothek (vgl. \cite{Swing}) zuständig, welches bei der graphischen Darstellung aller Variablen eingesetzt wird. Die abstrakte Klasse \textit{VSAbstractBetterEditor} wurde, wegen der Übersicht, als Zwischenschritt eingefügt. 

\begin{figure}[h]
	\centering
	\includegraphics[width=10.5cm]{images/prefs-editors}
	\caption{Das Paket \textit{prefs.editors}}
	\label{fig:PackagePrefsEditors}
\end{figure}

Die Klasse \textit{VSSimulatorEditor} dient für das Editieren der globalen Simulationseinstellungen und \textit{VSProcessEditor} für das Editieren der Prozesseinstellungen sowie der dazugehörigen Protokollvariablen. Da diese beiden Klassen von \textit{VSAbstractBetterEditor} erben, können sie mit Hilfe von \textit{VSEditorFrame} in einem separaten Fenster angezeigt werden. Alternativ können die Editoren auch in der Sidebar im Tab ``Variablen'' angezeigt werden. In Abbildung \ref{fig:Simulationseinstellungen}. wurde bereits ein \textit{VSEditorFrame} in Aktion gesehen. In Abbildung \ref{fig:NeueSimulationVariablen}. wurde hingegen ein Prozesseditor in der Sidebar geöffnet. Für Protokolle gibt es keine separate Editor-Klasse, da sie bereits vom Prozesseditor aus editiert werden können. Dabei iteriert der Prozesseditor über alle für den jeweiligen Prozess verfügbaren Protokollobjekte und fügt deren Variablen in den Prozesseditor zusätzlich ein. Somit erscheinen die Prozess- und die dazugehörigen Protokollvariablen im selben Editor und bieten dem Benutzer so eine bessere Übersicht.

\section{Ereignisse}

Für jedes Ereignis existiert eine dazugehörige Klasse, welche die auszuführenden Aktionen implementiert. Eine Instanz davon wird für eine spätere Ausführung dem Task-Manager übergeben. Auf den Task-Manager wird später noch genauer eingegangen. 
Jedes programmierbare Ereignis muss, bevor es vom Simulator verwendet werden kann, in der statischen Klasse \textit{VSRegisteredEvents} registriert werden. Der Simulator bezieht alle verf\"{u}gbaren Ereignisse aus \textit{VSRegisterEvents}, womit der Entwickler bei jeder Entwicklung eines neuen Ereignisses keine andere Stelle mehr im Quelltext des gesamten Simulators \"{a}ndern muss. Da sich die Anzahl der verfügbaren Ereignisklassen des Simulators bei Laufzeit nicht ändert, gibt es keine Instanzen von \textit{VSRegisteredEvents}. Alle Methoden und Klassenattribute sind hier statisch. Wenn beispielsweise eigene Ereignisse implementiert werden, dann müssen alle neuen Ereignisse per Hand in die Datei \textit{VSRegisteredEvents.java} übernommen- und der Simulator neu kompiliert werden.

\begin{figure}[h]
	\centering
	\includegraphics[width=13.5cm]{images/events}
	\caption{Die Pakete \textit{events} und \textit{events.*}}
	\label{fig:PackageEvents}
\end{figure}

In der Implementierung wird zwischen drei Haupttypen von Ereignissen unterschieden, die jeweils in verschiedenen Paketen liegen (s. Abbildung \ref{fig:PackageEvents}.):

\begin{enumerate}
	\item \textit{events.implementations}: In diesem Paket befinden sich alle Ereignisse, die ohne weitere Spezialbehandlung vom Simulator eingesetzt werden können und vom Benutzer direkt im Ereigniseditor programmierbar sind. 
		\begin{itemize}
			\item \textit{VSProcessCrashEvent}: Dieses Ereignis lässt den dazugehörigen Prozess abstürzen.
			\item \textit{VSProcessRecoverEvent}: Dieses Ereignis lässt den dazugehörigen Prozess wiederbeleben.
		\end{itemize}

	\item \textit{events.internal}: In diesem Paket befinden sich alle Ereignisse, die vom Simulator intern verwendet werden. 
		\begin{itemize}
			\item \textit{VSAbstractInternalEvent}: Diese Klasse stellt weitere Methoden zur Verfügung, die von allen internen Ereignissen benötigt werden. Derzeit betrifft dies nur Methoden zur Serialisierung der gegebenen Objekte. 
			\item \textit{VSMessageReceiveEvent}: Diese Klasse wird für die Ankunft einer Nachricht bei einem Empfängerprozess benötigt. Sie kapselt die eigentliche Nachricht und überprüft, ob der Empfängerprozess das zur Nachricht dazugehörige Protokoll versteht. Diese Klasse überprüft auch die Simulationseinstellung ``Nur relevante Nachrichten anzeigen'' und entscheidet, ob die Nachricht nach Eintreffen in der Visualisierung und im Logfenster berücksichtigt werden soll oder nicht.
			\item \textit{VSProtocolEvent}: Diese Klasse implementiert gleichzeitig vier verschiedene Ereignisse: Das Aktivieren/Deaktivieren eines Servers/Clients eines gegebenen Protokolls. Der Ereigniseditor berechnet anhand der verfügbaren Protokolle automatisch alle möglichen Kombinationen und bietet sie dem Anwender in seiner Auswahl an. Für alle dieser vier Ereignisse wird jeweils ein Objekt von \textit{VSProtocolEvent} verwendet, jedoch mit jeweils anderen Attributwerten.  
			\item \textit{VSProtocolScheduleEvent}: Diese Klasse wird für die Wecker-Ereignisse benötigt. Wecker-Ereignisse können nur von Protokollen (mehr dazu später) erstellt werden. \textit{VSProtocolScheduleEvent} besitzt eine Referenz auf das gegebene Protokoll und ruft bei Ereigniseintrittszeit entweder die Methode \textit{onServerScheduleStart} bei einem Server- oder \textit{onClientScheduleStart} bei einem Clientprotokoll auf. 
		\end{itemize}
	\item \textit{protocols.implementations}: In diesem Paket befinden sich alle Protokollimplementierung. Jedes Protokoll besitzt hier seine eigene Klasse. Alle Protokolle erben hierbei von der in Abbildung \ref{fig:PackageEvents}. zu sehenden Klasse \textit{protocols.VSAbstractProtocol}. Da \textit{protocols.VSAbstractProtocol} von \textit{events.VSAbstractEvent} erbt, kann ein Protokollobjekt auch als Ereignis eingesetzt werden. Ein solches Ereignis ruft bei Eintritt entweder die Methode \textit{onServerStart} oder die Methode \textit{onClientStart} des Protokolls auf, was einer Server- beziehungsweise einer Clientanfrage entspricht (s. Kapitel 4.4.4.). 
\end{enumerate}

Alle Ereignisse, die das Interface \textit{VSCopyableEvent} implementieren, können vom Anwender im Ereigniseditor mit einem Rechtsklick kopiert werden und müssen die Methode \textit{initCopy(VSAbstractEvent copy)} implementieren. Dort werden dann alle relevanten Attribute in das neue Ereignis \textit{copy} kopiert. 

Alle Ereignisklassen erweitern die abstrakte Klasse \textit{VSAbstractEvent} und müssen folgende abstrakten Methoden implementieren:

\begin{itemize}
	\item \textit{abstract public void onInit()}: Bevor ein Ereignisobjekt vom Simulator verwendet werden kann, muss es initialisiert werden. Je nach Ereignis können hier verschiedene Werte initialisiert werden. Diese Methode wird pro Ereignisobjekt nach Erstellung nur ein einziges Mal ausgeführt. 
	\item \textit{abstract public void onStart()}: Diese Methode wird jedes Mal ausgeführt, wenn das Ereignis eintritt. Sie stellt somit das Kernstück eines Ereignisses dar. 
\end{itemize}

Des Weiteren werden folgende nicht-abstrakte Methoden von \textit{VSAbstractEvent} vererbt:

\begin{itemize}
	\item \textit{public void log(String message)}: Diese Methode schreibt eine Lognachricht in das Simulationslogfenster.
	\item \textit{public VSAbstractEvent getCopy()}: Diese Methode erstellt vom aktuellen Ereignis eine Kopie, worauf eine Referenz zurückgegeben wird. Alle Ereignisse, die kopiert werden können, müssen auch das Interface \textit{VSCopyableEvent} implementieren. Wenn ein Ereignis dies nicht tut und \textit{getCopy()} aufgerufen wird, dann wird die Ausnahme \textit{exceptions.VSEventNotCopyable} geworfen.
	\item \textit{public VSAbstractEvent getCopy(VSInternalProcess process)}: Diese Methode erstellt vom aktuellen Ereignis ebenso eine Kopie, jedoch mit dem Unterschied, dass das Ereignis einem anderen Prozess zugewiesen wird. 
\end{itemize}

Jede Ereignisklasse hat außerdem Zugriff auf folgende Attribute, die von \textit{VSAbstractEvent} vererbt werden:

\begin{itemize}
	\item \textit{protected VSPrefs prefs}: Eine Referenz auf das Simulationseinstellungsobjekt. Hierüber lassen sich alle Simulationseinstellungen beziehen. 
	\item \textit{protected VSAbstractProcess process}: Eine Referenz auf das Prozessobjekt des jeweiligen Prozesses, auf welches das Ereignis angewendet wird.
\end{itemize}

Da \textit{VSAbstractEvent} die Klasse \textit{VSSerializablePrefs} erweitert, können alle Ereignisse mit allen ihren Variablen serialisiert werden. 

\subsubsection{Beispielimplementierung eines Ereignisses}

Im Folgenden wird als Beispiel die Implementierung des Prozessabsturzereignisses \textit{VSProcessCrashEvent} behandelt. Da die dazugehörige Klasse keine Attribute besitzt, verbleibt hier auch die \textit{initCopy}-Methode mit leerem Rumpf. Wegen der Serializierung und Deserialisierung von Ereignisobjektten muss jede Ereignisklasse in \textit{onInit()} mit \textit{setClassname} den eigenen Klassennamen mitteilen. Bei der Deserialisierung von Ereignissen werden n\"{a}mlich Objekte anhand der Klassennamen dynamisch neu erstellt, wo der Klassenname stets bekannt sein muss. In \textit{onStart()} wird das eigentliche Ereignis ausgeführt. Hier wird überprüft, ob der Prozess bereits abgestürzt (hier eigentlich nicht notwendig, verbessert hier aber die Lesbarkeit) ist und gegebenenfalls wird der Prozess dann zum Absturz bewegt. 
\begin{code}
package events.implementations;

import events.*;

public class VSProcessCrashEvent 
extends VSAbstractEvent implements VSCopyableEvent {
    public void initCopy(VSAbstractEvent copy) {
    }

    public void onInit() {
        super.setClassname(super.getClass().toString());
    }

    public void onStart() {
        if (!process.isCrashed()) {
            process.isCrashed(true);
            super.log(prefs.getString("lang.crashed"));
        }
    }
}
\end{code}
Der Task-Manager überprüft bereits, ob der Prozess abgestürzt ist oder nicht. Das heißt, dass ein Ereignis bei einem abgestürztem Prozess gar nicht erst ausgeführt wird. Die einzige Ausnahme bildet ein Wiederbelebungsereignis (\text{VSProcessRecover}), welches vom Task-Manager ausgeführt wird, auch wenn der Prozess abgestürzt ist. Mit \textit{log} wird eine Nachricht (die über \textit{prefs} bezogen wird) in das Logfenster geschrieben.

In der Datei \textit{events/VSRegisteredEvents.java} muss in der \textit{init}-Methode für jedes Ereignis ein Eintrag existieren. Die \textit{init}-Methode wird einmal beim Starten des Simulators ausgeführt:

\begin{code}
public static void init(VSPrefs prefs_) {
    .
    .
    .
    registerEvent("events.implementations.VSProcessCrashEvent",
                  "Prozessabsturz");
    .
    .
    .
}
\end{code}

Als Resultat kann das Prozessabsturzereignis nach Belieben via GUI programmiert- und eingesetzt werden.

\section{Zeitformate, Prozesse, Nachrichten sowie Task-Manager}

Das Paket \textit{core.time} in Abbildung \ref{fig:PackageCoreTime}. stellt lediglich die Klassen für die Vektor- und Lamport-Zeitstempel zur Verfügung. Für die normale lokale Prozesszeit wird, aus Performance-Gründen, keine eigene Klasse, sondern ein einfaches \textit{long}-Attribut des Prozessobjektes verwendet.

\begin{figure}[h]
	\centering
	\includegraphics[width=7cm]{images/core-time}
	\caption{Das Paket \textit{core.time}}
	\label{fig:PackageCoreTime}
\end{figure}

In Abbildung \ref{fig:PackageCore}. ist, stark vereinfacht, das Paket \textit{core} dargestellt. Für jedes auszuführende Ereignis wird eine Instanz von \textit{VSTask} benötigt, welche die Ereigniseintrittszeit als Attribut abgespeichert hat sowie eine Referenz auf das Objekt des auszuführenden Ereignisses (\textit{VSAbstractEvent}) und dem Prozessobjekt (\textit{VSInternalProcess}) besitzt. Ein \textit{VSTask} merkt sich auch, ob es sich um ein globales oder ein lokales Ereignis handelt. Geplante \textit{VSTask}-Instanzen werden für eine spätere Ausführung dem Task-Manager übergeben.

Die Kapselung eines \textit{VSAbstractEvent}-Objektes in einem \textit{VSTask}-Objekt erlaubt es, dass die selbe \textit{VSAbstractEvent}-Instanz mehrmals auf einmal im Task-Manager geplant werden kann. Ohne dieser Kapselung gäbe es für jedes Ereignis lediglich nur eine einzige mögliche Eintrittszeit. Von dieser Möglichkeit wird zum Beispiel bei den Server- und Clientanfragen eines Protokollobjektes Gebrauch gemacht. Für jedes Protokoll kann der Anwender in einer Simulation beliebig viele Anfragen programmieren, wobei für jede Anfrage stets das selbe Protokollobjekt als Ereignis verwendet wird.

Jede Simulation besitzt genau eine Instanz von \textit{VSTaskManager}. Eine Instanz dieser Klasse stellt den Task-Manager dar. Er verwaltet alle \textit{VSTask}-Instanzen und überprüft periodisch, ob es auszuführende Ereignisse gibt. Der Task-Manager unterscheidet zwischen globalen und lokalen Ereignissen. Hierbei werden alle globalen Ereignisse (gekapselt in einem \textit{VSTask}-Objekt) in einer Prioritäts-Warteschlange (vgl. \cite{Algorithms}, \cite{AlgorithmsC}) abgelegt. Die Prioritäts-Warteschlange stellt hierbei die korrekte Ereigniseintrittsreihenfolge sicher. Da sich die lokalen Zeiten aller beteiligten Prozesse voneinander unterscheiden können, muss für jeden Prozess eine separate lokale Prioritäts-Warteschlange verwendet werden, auf die jedes Prozessobjekt seine eigene Referenz hat. In den lokalen Warteschlangen sind die geplanten lokalen Ereignisse (auch gekapselt in einem \textit{VSTask}-Objekt) abgelegt. Der Task-Manager greift über eine \textit{java.util.ArrayList} auf alle Prozessobjekte zu, und kann somit auch auf alle lokalen Warteschlangen zugreifen und verwalten.

\begin{figure}[h]
	\centering
	\includegraphics[width=10.0cm]{images/core}
	\caption{Das Paket \textit{core}}
	\label{fig:PackageCore}
\end{figure}

Eine Instanz von \textit{VSMessage} stellt eine Nachricht dar, die von einem Prozess verschickt wird. Für jedes Versenden einer Nachricht wird hiervon eine Instanz gebildet, wo der Senderprozess die zu verschickende Daten ablegt. Da \textit{VSMessage} von \textit{VSPrefs} erbt, können zwischen zwei Prozessen beliebige Datentypen (s. Tabelle \ref{tb:VariablenDatentypen}.) über eine Nachricht verschickt werden. Anschließend wird für jeden Empfängerprozess das neues Ereignisobjekt der Klasse \textit{VSMessageReceiveEvent} angelegt, welches eine Referenz der verschickten Nachricht besitzt (s. Abbildung \ref{fig:Wrapping}.). Danach wird ein \textit{VSTask}-Objekt instantiiert, wo die Referenz auf das Ereignisobjekt und das dazugehörige Prozessobjekt sowie die Ereigniseintrittszeit als Attribute gespeichert werden. Das \textit{VSTask}-Objekt wird dann dem Task-Manager übergeben, der das dazugehörige Ereignis ausführt, wenn die Ereigniseintrittszeit eingetroffen ist. Via Java-Polymorphie wird hier das \textit{VSMessageReceiveEvent}-Objekt in ein \textit{VSAbstractEvent} umgewandelt und so in \textit{VSTask} abgelegt. 

\begin{figure}[h]
	\centering
	\includegraphics[width=11.0cm]{images/wrapping}
	\caption{Gekapseltes \textit{VSMessage} im \textit{VSMessageReceiveEvent}-Objekt}
	\label{fig:Wrapping}
\end{figure}

Erwähnenswert ist auch die Klasse \textit{VSMessageStub}, welche ein \textit{VSMessage} kapselt. Ihr Zweck ist das Verstecken einiger Methoden vor dem Protokoll-API, welches für die Erstellung eigener Protokolle dient. Der Protokoll-Entwickler soll möglichst nichts falsch machen können und deswegen soll dem Protokoll-API ein eingeschränkter Funktionsumfang zur Verfügung gestellt werden. Da sich \textit{VSMessageStub} im selben Paket wie \textit{VSMessage} befindet, kann \textit{VSMessageStub} auf paket-private Methoden von \textit{VSMessage} zugreifen. Protokolle hingegen werden in einem anderen Paket implementiert und haben somit keinen Zugriff auf diese paket-privaten Methoden. Zwar kann der Protokollentwickler ein eigenes \textit{VSMessageStub}-Objekt anlegen, jedoch kann er auf diese Weise besser unterscheiden, auf welche Methoden er zugreifen sollte, und auf welche nicht. Das Protokoll-API wird später genauer behandelt. 

Der Task-Manager speichert anschließend die Nachrichtenempfangsereignisse in seiner globalen Warteschlange. Die Nachricht kommt bei einem Empfängerprozess an, sobald das Ereignis für den Empfang eintritt. Für die korrekte Implementierung der Lamport- und Vektor-Zeitstempel wird jeder Nachricht automatisch eine Referenz auf die Lamport- sowie auf die Vektor-Zeitstempel des sendenden Prozesses als Attribut beigefügt. Für die Überprüfung des Protokolls wird in jeder Nachricht auch der Klassenname des jeweiligen Protokolls abgespeichert.

Eine Instanz von \textit{VSInternalProcess} repräsentiert einen simulierten Prozess. Ein \textit{VSInternalProcess} stellt alle vom Simulator intern verwendeten Methoden zur Verfügung, während ein \textit{VSAbstractProcess} lediglich Methoden hat, die der Protokollentwickler für die Erstellung eigener Protokolle verwenden darf. Da \textit{VSAbstractProcess} abstrakt ist und hiervon keine Instanz gebildet werden darf, muss für einen neuen Prozesses stets ein \textit{VSInternalProcess}-Objekt erstellt werden. Via Polymorphie wird dieses Objekt nach \textit{VSAbstractProcess} umgewandelt und so dem Protokoll-API zur Verfügung gestellt. Beispielsweise darf mit \textit{getTasks()} nur vom Simulator intern auf die Prioritäts-Warteschlangen zugegriffen werden, während man im Protokoll-API selbiges vermeiden sollte und auch gar nicht direkt möglich ist. Hier wäre auch ein Stub-Objekt \textit{VSProcessStub} denkbar gewesen. Da aber so gut wie alle paar Millisekunden auf die Methoden von \textit{VSInternalProcess} zugegriffen wird, wurde hier aus Performance-Gründen der Weg über eine Vererbungungsstufe preferiert. 

Alle einstellbaren Prozessvariablen werden von der Klasse \textit{VSPrefs} vererbt. Damit bei Neuberechnungen die Variablen nicht dauernd über eine \textit{HashMap} von \textit{VSPrefs} zugegriffen werden muss, speichert \textit{VSInternalProcess} aus Performance-Gründen einige Variablen als lokale Kopie ab. Zum Beispiel wird für die lokale Prozesszeit nicht auf das \textit{HashMap<String,Long>}-Objekt von \textit{VSPrefs}, sondern auf das Klassenattribut \textit{private long localTime} zugegriffen. Vor- und nach dem Editieren über den Prozesseditor werden die \textit{VSPrefs}, beziehungsweise die lokalen Kopien, auf den neusten Stand gebracht. Selbiges gilt für weitere Variablen, wie zum Beispiel der Uhrabweichung eines Prozesses.

\subsubsection{Beispiel für die Erstellung von Prozessereignissen}

Anhand der Prozessabsturz- und Wiederbelebungsereignisse lässt sich wie folgt sehr gut demonstrieren, wie intern Ereignisse angelegt werden können:
\begin{code}
void createCrashAndRecoverExample(VSTaskManager taskManager,
                                  VSInternalProcess process) {
    VSAbstractEvent crashEvent = new VSProcessCrashEvent();
    VSTask localTask = new VSTask(process.getTime()+500, process, 
                                  crashEvent, VSTask.LOCAL);
    taksManager.addTask(localTask);

    VSAbstractEvent recoverEvent = new VSProcessRecoverEvent();
    VSTask globalTask = new VSTask(2000, process, 
                                   recoverEvent, VSTask.GLOBAL);
    taksManager.addTask(globalTask);
}
\end{code}

In diesem Beispiel wurden zwei Ereignisse (Absturz- und Wiederbelebung eines gegebenen Prozesses) angelegt. Das Absturzereignis tritt bei der aktuellen lokalen Prozesszeit plus \textit{500ms} ein, während das Wiederbelebungsereignis bei einer globalen Zeit von \textit{2000ms} stattfindet. Für den Fall, dass das Wiederbelebungsereignis vor dem Absturzereignis eintritt, wird es nicht ausgeführt, da der Prozess noch nicht abgestürzt ist. 

\section{Protokoll-API}

In diesem Abschnitt wird auf die Implementierung der Protokolle und das Protokoll-API eingegangen. Im Protokoll-API wird in der Regel nicht direkt auf den Task-Manager und auf die explizite Instantiierung von Ereignisobjekten zurückgegriffen, da dies vom API automatisch durchgef\"{u}hrt wird.

\begin{figure}[h]
	\centering
	\includegraphics[width=12cm]{images/protocols}
	\caption{Die Pakete \textit{protocols} und \textit{protocols.*}}
	\label{fig:PackageProtocols}
\end{figure}

In Abbildung \ref{fig:PackageProtocols}. sind die Pakete \textit{protocols} und \textit{protocols.implementations} dargestellt, welche für die Protokollimplementierungen zuständig sind. \textit{VSAbstractProtocol} stellt lediglich gemeinsame Methoden und Attribute zur Verfügung, die von allen Protokollen verwendet werden können. Jedes Protokoll hat im Paket \textit{protocols.implementations} seine eigene Klasse, die von \textit{VSAbstractProtocol} erbt. Im Prinzip besitzt jedes Prozessobjekt von jedem Protokoll seine eigene Instanz. Bei \textit{10} Protokollen und \textit{3} beteiligten Prozessen werden also \textit{30} Protokollobjekte verwendet. Jedes Protokollobjekt verwaltet sowohl die Server- als auch die Clientseite eines Protokolls auf einmal. Dabei merkt sich \textit{VSAbstractProtocol} anhand einer Flagge, ob der aktuelle Kontext server- oder clientbezogen ist, und führt dementsprechend beim Eintreffen von Ereignissen die Server- beziehungsweise Clientmethoden des Protokolls auf. \textit{VSAbstractProtocol} überprüft auch, ob ein Client oder ein Server überhaupt aktiviert ist. 

\begin{figure}[h]
	\centering
	\includegraphics[width=10cm]{images/ss-protokollvariablen}
	\caption{Protokollvariablen im Prozesseditor}
	\label{fig:Protokollvariablen}
\end{figure}

Es ist bereits bekannt, dass Protokolle im Prozesseditor editierbare Variablen haben können. Da \textit{VSAbstractProtocol} von \textit{VSAbstractEvent} erbt, was wiederum von \textit{VSSerializablePrefs} erbt (und \textit{VSSerializablePrefs} erweitert \textit{VSPrefs}), werden alle Protokollvariablen einfach in die Mutterklasse \textit{VSPrefs} abgelegt. Zum Beispiel kann mit \textit{super.setBoolean(``test'', true);} eine neue Protokollvariable \textit{test} mit dem Standardwert \textit{true} angelegt werden. Diese Variable erscheint dann automatisch im Prozesseditor und kann so vom Anwender konfiguriert werden. 

Da der Simulator darauf ausgelegt wurde eigene Protokolle zu implementieren, werden im Folgenden alle verfügbaren Protokoll-API-Methoden etwas ausführlicher als gewohnt beschrieben. Jede Protokollklasse muss die folgenden Methoden implementieren:

\begin{itemize}
	\setlength{\itemsep}{-2mm}
	\item Einen öffentlichen (\textit{public}) Konstruktor. Der Konstruktor muss angeben, ob bei dem gegebene Protokoll der Client oder der Server die Anfragen startet. 
	\item \textit{abstract public void onClientInit()}: Bevor das Protokollobjekt benutzt werden kann, muss es initialisiert werden. Diese Methode wird vor dem ersten Verwenden des Protokolls innerhalb einer Simulation ausgeführt. In der Regel werden hier Protokollvariablen unter Verwendung von \textit{VSPrefs} und Attribute der Protokollklasse initialisiert. Die hier initialisierten Protokollvariablen lassen sich vom Benutzer im Prozesseditor des jeweiligen Prozesses editieren.
	\item \textit{abstract public void onClientReset()}: Diese Methode wird jedes Mal ausgeführt, wenn die Simulation zurückgesetzt wird.
	\item \textit{abstract public void onClientStart()}: Diese Methode wird nur benötigt, wenn der Client immer die Anfragen startet. Diese Methode generiert in der Regel immer eine Clientanfrage, die via \textit{VSMessage}-Objekt an alle anderen beteiligten Prozesse verschickt wird.
	\item \textit{abstract public void onClientRecv(VSMessage message)}: Diese Methode wird jedes Mal aufgerufen, wenn eine Servernachricht \textit{message} bei dem Client eintrifft. 
	\item \textit{abstract public void onClientSchedule()}: Diese Methode wird jedes Mal ausgeführt, wenn ein Weckerereignis eintritt. 
	\item \textit{public String toString()}: Diese Methode ist nur optional. Hiermit lassen sich die Lognachrichten eines Protokolls anpassen. Wenn diese Methode in einer Protokollimplementierung ausgelassen wird, so wird stets die \textit{toString}-Methode der Mutterklasse \textit{VSAbstractProtocol} verwendet. Bei Verwendung wird empfohlen die Logausgabe lediglich wie folgt zu erweitern:
	\begin{code}
public String toString() {
    return super.toString() + "; Neue Loginformationen";
}
	\end{code}
	Hierbei wird jede Lognachricht, die das aktuelle Protokoll betrifft, um die Ausgabe \textit{; Neue Loginformation} erweitert. 
\end{itemize}

Für alle hier aufgelisteten Client-Methoden sind auch die korrespondierenden Server-Methoden anzugeben. Die Server-Methoden sind analog zu den Client-Methoden aufgebaut, wobei lediglich \textit{Client} durch \textit{Server} ausgetauscht werden muss. 

Jede Protokollklasse bekommt folgende Methoden von \textit{VSAbstractProtocol} vererbt, welche allesamt vom Protokollentwickler verwendet werden können:

\begin{itemize}
	\setlength{\itemsep}{-2mm}
	\item \textit{pubic void sendMessage(VSMessage message)}: Hiermit verschickt das Protokoll eine Nachricht.
	\item \textit{pubic final boolean hasOnServerStart()}: Hiermit lässt sich bestimmen, ob der Server- oder der Client bei dem aktuellen Protokoll die Anfragen startet.
	\item \textit{pubic final boolean isServer()}: Hiermit lässt sich bestimmen, ob der aktuelle Prozess das aktuelle Protokoll serverseitig aktiviert hat. 
	\item \textit{pubic final boolean isClient()}: Hiermit lässt sich bestimmen, ob der aktuelle Prozess das aktuelle Protokoll clientseitig aktiviert hat. 
	\item \textit{pubic final void scheduleAt(long time)}: Diese Methode erstellt einen Wecker, der zur angegebenen lokalen Prozesszeit eintritt. Nach Ablauf des Weckers wird, abhängig ob der aktuelle Kontext client- oder serverseitig ist, \textit{onClientSchedue} beziehungsweise \textit{onServerSchedule} ausgeführt. 
	\item \textit{pubic final void removeSchedules()}: Entfernt alle gesetzten Wecker des aktuellen Kontextes.
	\item \textit{pubic final int getNumProcesses()}: Gibt die totale Anzahl an der Simulation beteiligten Prozesse zurück.
\end{itemize}

Bei der Implementierung von Protokollen kann zusätzlich auf die vererbten Attribute \textit{VSAbstractProcess process} und \textit{VSPrefs prefs} zugegriffen werden. Verfügbare Methoden von \textit{VSPrefs} wurden bereits behandelt. über \textit{prefs} lassen sich alle globalen Simulationseinstellungen abrufen (zum Beispiel die Simulationsvariable die Angibt, ob Prozesse eigene Nachrichten empfangen: \textit{bool recvOwn = prefs.getBoolean(``sim.message.own.recv'')}). Folgende Prozessmethoden dürfen auf \textit{process} aus dem Protokoll-API verwendet werden:

\begin{itemize}
	\setlength{\itemsep}{-2mm}
	\item \textit{public float getClockVariance()}: Gibt die Uhrabweichung zurück. 
	\item \textit{public void setClockVariance(float clockVariance)}: Setzt die Uhrabweichung des Prozesses.
	\item \textit{public long getGlobalTime()}: Gibt die aktuelle globale Simulationszeit zurück.
	\item \textit{public long getTime()}: Gibt die aktuelle lokale Prozesszeit zurück.
	\item \textit{public void setTime(long time)}: Setzt die aktuelle lokale Prozesszeit.
	\item \textit{public long getLamportTime()}: Gibt den aktuelle Lamport-Zeitstempel des Prozesses zurück.
	\item \textit{public void setLamportTime(long lamportTime)}: Setzt den aktuellen Lamport-Zeitstempel des Prozesses.
	\item \textit{public void increaseLamportTime()}: Inkrementiert den Lamport-Zeitstempel um eins.
	\item \textit{public void updateLamportTime(long lamportTime)}: Erneuert den Lamport-Zeitstempel (vgl. Kapitel 3.11.1.).
	\item \textit{public VSVectorTime getVectorTime()}: Gibt den aktuelle Vektor-Zeitstempel des Prozesses zurück.
	\item \textit{public VSTime[] getLamportTimeArray()}: Gibt die gesamte Lamport-Zeitstempel-Historie des Prozesses zurück. Kann jeweils nach VSLamportTime umgewandelt werden.
	\item \textit{public VSTime getVectorTimeArray()}: Gibt die gesamte Vektor-Zeitstempel-Historie des Prozesses zurück. Kann jeweils nach VSVectorTime umgewandelt werden.
	\item \textit{public void updateVectorTime(VSVectorTime vectorTimeUpdate)}: Erneuert den Vektor-Zeitstempel (vgl. Kapitel 3.11.1.).
	\item \textit{public void increaseVectorTime()}: Inkrementiert den Vektor-Zeitstempel am lokalen Index um eins.
	\item \textit{public int getProcessID()}: Gibt die PID zurück.
	\item \textit{public void setProcessID(int processID)}: Setzt die PID.
	\item \textit{public int getProcessNum()}: Gibt die Prozessnummer zurück. Dieser Wert unterscheidet sich von der PID. Die Prozessnummer gibt an, um den wievielten Prozess, beginnend bei 0, es sich handelt. PIDs hingegen k\"{o}nnen alle m\"{o}glichen ganzstelligen positiven Zahlen sein.
	\item \textit{public int getRandomPercentage()}: Gibt einen Zufallswert zwischen \textit{0} und \textit{100} zurück.
	\item \textit{public boolean hasCrashed()}: Gibt \textit{true} zurück, wenn der Prozess während der aktuellen Simulation schon mal abgestürzt ist.
	\item \textit{public boolean isCrashed()}: Gibt \textit{true} zurück, wenn der Prozess aktuell abgestürzt ist.
	\item \textit{public void isCrashed(boolean isCrashed)}: Hiermit kann man den Prozess abstürzen (\textit{isCrashed = true}) und wiederbeleben (\textit{isCrashed = false}) lassen.
\end{itemize}

In der Regel werden in Protokollen auch Nachrichten (\textit{VSMessage}) verschickt. Folgende Methoden dürfen davon im Protokoll-API verwendet werden:

\begin{itemize}
	\setlength{\itemsep}{-2mm}
	\item \textit{public VSMessage()}: Der Standardkonstruktor für die Erstellung einer neuen Nachricht.
	\item \textit{public int getMessageID()}: Gibt die Nachrichten-ID zurück.
	\item \textit{public boolean equals(VSMessage message)}: Hiermit lässt sich überprüfen, ob eine weitere Nachricht die selbe NID besitzt (wobei es sich dann um die selbe Nachricht handeln würde).
\end{itemize}

Folgende weitere Methoden von \textit{VSMessage} können nach Erhalt einer Nachricht verwendet werden:

\begin{itemize}
	\setlength{\itemsep}{-2mm}
	\item \textit{public String getName()}: Gibt den Namen des zur Nachricht dazugehörigen Protokolls zurück. Diese Methode funktioniert nur bei empfangenen Nachrichten richtig.
	\item \textit{public String getProtocolClassname()}: Gibt den Klassennamen des zur Nachricht dazugehörigen Protokolls zurück. Diese Methode funktioniert nur bei empfangenen Nachrichten richtig.
	\item \textit{public VSAbstractProcess getSendingProcess()}: Gibt eine Referenz auf den Senderprozess zurück. Diese Methode funktioniert nur bei empfangenen Nachrichten richtig.
	\item \textit{public long getLamportTime()}: Gibt den Lamport-Zeitstempel des Senderprozesses zurück. Diese Methode funktioniert nur bei empfangenen Nachrichten richtig.
	\item \textit{public VSVectorTime getVectorTime()}: Gibt den Vektor-Zeitstempel des Senderprozesses zurück. Diese Methode funktioniert nur bei empfangenen Nachrichten richtig.
	\item \textit{public boolean isServerMessage()}: Hiermit lässt sich entscheiden, ob es sich um eine Server- oder eine Clientnachricht handelt. Diese Methode funktioniert nur bei empfangenen Nachrichten richtig.
\end{itemize}

Wenn über eine Nachricht Daten verschickt werden sollen, so werden die von \textit{VSPrefs} vererben Methoden verwendet. 

\subsubsection{Beispielimplementierung eines Protokolls}

Im Folgenden wird die Implementierung des zuverlässigen Multicast-Protokolls \textit{VSReliableMulticastProtocol.java} als Beispiel aufgeführt. Die Funktionsweise des Protokolls wurde bereits in Kapitel 3.10. beschrieben. Client- und Serverseite werden in der selben Klasse implementiert.

Im Konstruktor muss stets angegeben werden, ob beim gegebenen Protokoll der Client oder der Server die Anfragen startet. Mit \textit{VSAbstractProtocol.HAS\_ON\_CLIENT\_START} wird dem API mitgeteilt, dass der Client die Anfragen startet. Für \textit{VSAbstractProtocol.HAS\_ON\_SERVER\_START} und Serveranfragen gilt Selbiges analog. Da ein Protokoll auch ein \textit{VSAbstractEvent} ist, muss auch hier mit \textit{setClassname} der Klassenname des aktuellen Protokolls angegeben werden:
	
\begin{code}
package protocols.implementations;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Vector;
import protocols.VSAbstractProtocol;
import core.VSMessage;

public class VSReliableMulticastProtocol 
	extends VSAbstractProtocol {
    public VSReliableMulticastProtocol() {
        super(VSAbstractProtocol.HAS_ON_CLIENT_START);
        super.setClassname(super.getClass().toString());
    }
\end{code}

\textbf{Clientseite des Protokolls}

Das private Klassenattribut \textit{pids} wird für die Zwischenspeicherung beteiligter PIDs benötigt. Hier sind alle PIDs abgelegt, von denen noch Bestätigungsnachrichten erwartet werden. Hier werden als Standard-PIDs \textit{1} und \textit{3} verwendet. Die Methoden \textit{initVector} und \textit{initLong} wurden von \textit{VSPrefs} vererbt und initialisieren die Protokollvariablen \textit{pids} und \textit{timeout}, welche vom Benutzer im Prozesseditor editiert werden können (s. Abbildung \ref{fig:Protokollvariablen}. unter ``Reliable Multicast Client'' ganz unten):
\begin{code}
    private ArrayList<Integer> pids;

    public void onClientInit() {
        Vector<Integer> vec = new Vector<Integer>();
        vec.add(1); 
        vec.add(3);

        super.initVector("pids", vec,
                         "PIDs beteiligter Prozesse");
        super.initLong("timeout", 2500, 
                       "Zeit bis erneute Anfrage", "ms");
    }
\end{code}

Wenn die Simulation zurückgesetzt wird, dann wird auch \textit{pids} reinitialisiert:
\begin{code}
    public void onClientReset() {
       	pids.clear();
        pids.addAll(super.getVector("pids"));
    }
\end{code}

In \textit{onClientStart} wird geprüft, ob eine Clientanfrage gestartet werden soll. Wenn dies der Fall ist (wenn von mindestens einem beteiligten Prozess noch keine Bestätigung erhalten wurde), wird ein neues Nachrichtenobjekt erstellt, und mit dem Inhalt \textit{Boolean: isMulticast=true} verschickt (intern wird hier für jeden Empfängerprozess ein \textit{VSMessageReceiveEvent} erzeugt). Mit \textit{scheduleAt} wird ein Wecker festgelegt, zu welcher lokalen Prozesszeit die Methode \textit{onClientSchedule} aufgerufen werden soll (intern wird hier ein \textit{VSProtocolScheduleEvent} erzeugt): 
\begin{code}
    public void onClientStart() {
        if (pids.size() != 0) {
            long timeout = super.getLong("timeout") 
                         + process.getTime();
            super.scheduleAt(timeout);

            VSMessage message = new VSMessage();
            message.setBoolean("isMulticast", true);
            super.sendMessage(message);
        }
    }
\end{code}

Wenn eine Serverantwort eintrifft, dann wird \textit{onClientRecv} aufgerufen. Hier wird überprüft, ob überhaupt noch Multicast-Bestätigungen benötigt werden. Danach wird geschaut, ob es sich bei der Antwort um eine noch nicht eingetroffene Bestätigung handelt. Gegebenenfalls wird die jeweilige PID aus \textit{pids} entfernt. Wenn \textit{pids} leer ist, dann wurde von allen beteiligten Prozessen eine Bestätigung erhalten und der Client entfernt mit \textit{removeSchedules} alle seine derzeit programmierten Wecker.

\begin{code}
    public void onClientRecv(VSMessage recvMessage) {
        if (pids.size() != 0 && recvMessage.getBoolean("isAck")) {
            Integer pid = recvMessage.getIntegerObj("pid");

            if (pids.contains(pid)) 
                pids.remove(pid);
            else 
                return;

            super.log("ACK von Prozess " + pid + " erhalten!");

            if (pids.size() == 0) {
                super.log("ACKs von allen beteiligten " +
                           " Prozessen erhalten!");

                super.removeSchedules();
            }
        }
    }
\end{code}

Für das erneute Verschicken einer Clientanfrage ruft \textit{onClientSchedule} lediglich die Methode \textit{onClientStart} auf, die wiederum einen neuen Wecker planen kann:
\begin{code}
    public void onClientSchedule() {
        onClientStart();
    }
\end{code}

\textbf{Serverseite des Protokolls}

Die Serverseite des Protokolls speichert im Attribut \textit{ackSent} ab, ob es bereits eine Bestätigung des Multicasts verschickt hat oder nicht. In diesem Protokoll werden in \textit{onServerInit} keine Initialisierungen vorgenommen. Demnach gibt es für den Benutzer auch keine serverseitigen Protokollvariablen zu editieren. Beim Zurücksetzen der Simulation wird lediglich \textit{ackSent} auf den Ursprungswert \textit{false} gesetzt:
\begin{code}
    private boolean ackSent = false;

    public void onServerInit() { }

    public void onServerReset() {
        ackSent = false;
    }
\end{code}

Wenn der Server eine Clientanfrage erhalten hat, so überprüft der Server, ob es sich um eine Multicast-Nachricht handelte. Anschließend wird gegebenenfalls die Bestätigungsnachricht mit \textit{Boolean: isAck=true} und der Server-PID verschickt. Je nachdem ob bereits eine Bestätigung verschickt wurde oder nicht, wird eine andere Nachricht gelogt: 
\begin{code}
    public void onServerRecv(VSMessage recvMessage) {
        if (recvMessage.getBoolean("isMulticast")) {
            VSMessage message = new VSMessage();
            message.setBoolean("isAck", true);
            message.setInteger("pid", process.getProcessID());
            super.sendMessage(message);

            if (ackSent) {
                super.log("ACK erneut versendet");
            } else {
                super.log("ACK versendet");
                ackSent = true;
            }
        }
    }
\end{code}

Der Server benutzt in diesem Beispiel keinen Wecker. Dementsprechend hat die Methode \textit{onServerSchedule} auch einen leeren Rumpf:
\begin{code}
    public void onServerSchedule() { }
}
\end{code}

\subsubsection{Erstellung eigener Protokolle (Schnelldurchlauf)}

Hier werden alle Schritte zusammengefasst, die für die Erstellung eines eigenen Protokolls \textit{VSMyProtocol} durchgeführt werden müssen. Hierf\"{u}r muss der Protokoll-Entwickler das Java-SDK sowie Apache Ant installiert- und den Quelltext des Simulators vorliegen haben.

\begin{enumerate}
	\item VS-Simulator Quelltext beziehen und in das Verzeichnis \textit{vs/sources/protocols/implementations} wechseln.
	\item Das Template-Protokoll \textit{VSDummyProtocol.java} nach \textit{VSMyProtocol.java} kopieren.
	\item \textit{VSDummyProtocol.java} editieren und den Klassennamen dort anpassen (\textit{VSDummyProtocol} $\rightarrow$ \textit{VSMyProtocol}).
	\item In das oberste Verzeichnis \textit{vs/} wechseln.
	\item Die Datei \textit{sources/events/VSRegisteredEvents.java} editieren, und in der \textit{init}-Methode folgende Zeile hinzufügen:
	\begin{code}
registerEvent("protocols.implementations.VSMyProtocol", 
              "Langer Name des Protokolls", // Langer Name
              "Neues Protokoll"); // Kurzer Name
	\end{code}
	\item Mit dem Befehl \textit{ant compile} die Änderungen übernehmen und mit \textit{ant test} testen, ob der Simulator das Protokoll übernommen hat. Hierbei wird der Simulator direkt aus dem Quellverzeichnis gestartet. ``Neues Protokoll'' sollte nun im Ereigniseditor programmiert werden können.
	\item Mit dem Befehl \textit{ant dist} das Archiv \textit{dist/lib/VS-Sim-Latest.jar} erstellen und verwenden.
\end{enumerate}

Wenn eine Simulatorversion versucht eine abgespeicherte Simulation eines nicht implementierten Protokolls zu laden, dann kommt es zu Fehlern. Mit einem neuen Protokoll muss also stets auch immer ein neuer Simulator ausgeliefert werden.

\section{GUI sowie Simulationsvisualisierung}

Das Paket \textit{simulator} (s. Abbildung \ref{fig:PackageProtocols}.) implementiert die eigentliche graphische Benutzeroberfläche des Simulators. Ausnahmen stellen die Editorklassen in \textit{prefs.editors} sowie \textit{utils.VSFrame} dar. 

Beim Starten des Simulators wird auf die \textit{main}-Methode, welche sich in \textit{VSMain} befindet, aufgerufen. Sie instantiiert ein \textit{VSDefaultPrefs}-Objekt, wo alle Standardeinstellungen des Simulators abgelegt sind. Anschließend wird ein \textit{VSSimulatorFrame} erzeugt, welches ein Simulatorfenster (vgl. Abbildung \ref{fig:NeuesFenster}.) implementiert. Das Simulatorfenster erstellt für jede neue Simulation jeweils ein Objekt von \textit{VSSimulator}, wobei jede Simulation im Simulationsfenster einen eigenen Tab besitzt. In Abbildung \ref{fig:NeuErstellteSimulation}. wurde bereits eine neue Simulation erstellt, wo auch unten links der dazugehörige Tab mit der Beschriftung ``Simulator 1'' zu sehen ist. Jede Simulation besitzt dabei eine eigene Simulationsnummer, die bei jeder neuen Simulation um eins inkrementiert wird. Jedes \textit{VSSimulator}-Objekt greift auf \textit{VSSimulatorVisualization} zurück, was die Simulationsvisualisierung (s. Abbildung \ref{fig:Visualisierung}.) implementiert. 

\begin{figure}[h]
	\centering
	\includegraphics[width=11.0cm]{images/simulator}
	\caption{Das Paket \textit{simulator}}
	\label{fig:PackageProtocols}
\end{figure}

\textit{VSSimulatorVisualization} greift auf Java's Grafikbibliothek Java2D (siehe \cite{Java2d} und \cite{Java2DAPI}) zurück und ist, aus Performance-Gründen, mit dem Simulationsverlauf stark verzahnt \cite{Games}. Klassenattribute, dessen Wert sich nie ändert, wurden stets als \textit{final} deklariert. Attribute, die von Konfigurationen oder Einstellungen abhängig sind, die sich nur nach Konfigurationsänderung oder Vergrößern beziehungsweise Verkleinern des Simulationsfensters ändern (Werte, die für die Berechnung des Sekunden-Gatters notwendig sind), werden nur wenn es nötig ist neu berechnet. 

Die Klasse \textit{VSMenuItemStates} wird für die Synchronisierung des Simulationsstatusses, der Toolbar und des Simulations-Menüs (beide Letztere auf Abbildung \ref{fig:Toolbar}. zu sehen) verwendet. Abhängig davon kann der Benutzer bestimmte Aktionen durchführen oder nicht (beispielsweise kann eine Simulation nur pausiert werden, wenn sie aktuell abgespielt wird). Alle hier möglichen Aktionen wurden bereits in Kapitel 2.1. im Abschnitt ``Die Toolbar'' behandelt. 

Die Klasse \textit{VSCreateTask} wird vom Ereigniseditor verwendet. Der Ereigniseditor (s. Abbildung \ref{fig:SidebarMitEreignissen}.) wird in der Klasse \textit{VSSimulator} implementiert. Hinter jeder Ereignisauswahl verbirgt sich intern ein \textit{VSCreateTask}-Objekt, welches definiert, wie das jeweilige Ereignis anzulegen ist.

\textit{VSLogging} kapselt ein \textit{javax.swing.JTextArea}-Objekt, wo alle Nachrichten gelogt werden. Hier werden alle Logfunktionen (inklusive Logfilter sowie temporäre Deaktivierung des Loggen) implementiert. Die \textit{JTextArea} wird dem \textit{VSSimulator}-Objekt übergeben um dort dargestellt zu werden. Für den Logfilter wird intern auf das Java-Standardpaket \textit{java.util.regex} (s. \cite{Regexp}) zugegriffen, womit anhand von regulären Ausdrücken in Java-Syntax die Logs gefiltert werden können.

\subsubsection{Threads und Zeitsynchronisierung}

Der Simulator soll im Stande sein, bis auf jede Millisekunde genau zu simulieren. Jede simulierte Sekunde soll dabei relativ zur echten Zeit fortschreiten. Die Simulationsabspielgeschwindigkeit lässt sich bei den Simulationseinstellungen unter ``Abspielgeschwindigkeit der Simulation'' (Float: \textit{sim.clock.speed}) einstellen. Damit dies gewährleistet wird, muss folgendes berücksichtigt werden:

\begin{itemize}
	\item Das Zeichnen der Visualisierung benötigt pro Aktualisierung einige Millisekunden. Dies ist der rechen-intensivste Teil des Simulators. Hier werden ständig mathematische Berechnungen (wie zum Beispiel die Gerade einer Nachrichtenlinie, die automatische Skalierung des Diagramms die sich automatisch an die Fenstergröße und der Simulationsdauer anpasst und vieles mehr).
	\item Das Neuberechnen der Simulation benötigt pro Aktualisierung einige Millisekunden. Hier wird insbesondere der Task-Manager beansprucht, welcher überprüft, ob Ereignisse auszuführen sind, und sie gegebenenfalls dann auch ausführt.
	\item Jeder simulierte Prozess sollte mit selber Geschwindigkeit fortschreiten, und dies auf jedem Rechner wo der Simulator ausgeführt wird. Da Java-Threads nicht komplett plattformunabhängig sind (Threads sind im Betriebssystem implementiert), k\"{o}nnte das Verhalten auf verschiedenen Betriebssystemen oder Architekturen variieren. Außerdem übernimmt das Betriebssystem die Entscheidung, wann welcher Thread arbeiten darf. Außer man synchronisiert Threads manuell so, dass sie den eigenen Ansprüchen entsprechen. Letzteres bedeutet aber auch mehr Programmieraufwand.
	\item Die Simulationszeit ist stets in Millisekunden angegeben, welche in einer \textit{long}-Variable abgespeichert wird. Somit kann eine Simulationszeit immer nur eine ganze Zahl sein. Berechnungsrundungsfehler wegen \textit{sim.clock.speed} müssen berücksichtigt werden.
	\item Der Simulator soll nicht ständig die komplette CPU des Anwender-Computers voll beanspruchen.
\end{itemize}

Es wurde eine Lösung gewählt, bei der lediglich ein einziger Thread für die Visualisierung und die Berechnung der Simulation zuständig ist (alle Zeitangaben sind in Millisekunden angegeben). Der Algorithmus verläuft leicht vereinfacht in folgender Form ab:

\begin{enumerate}
	\item Die aktuelle simulierte globale Zeit sei $t$ und die globale Zeit wo die Simulation aufhört sei $e$.
	\item Wenn $t > e$, dann $t := e$ setzen. 
	\item Neuberechnen und Zeichnen der Visualisierung zum Zeitpunkt $t$. Die dabei verstrichene Zeit sei $v$. 
	\item Wenn $t = e$, dann Simulation beenden.
	\item Für einige Millisekunden den Thread pausieren (schlafen lassen). Hierbei sei $p$ die beim Schlafen verstrichene Zeit.
	\item 
		\begin{verbatim}
for (i = t; i < t + v + p && i < e; i++)
    Alle Ereignisse des Zeitpunktes i hintereinander ausführen
		\end{verbatim}
	\item Bei Punkt 2 mit neuer Startzeit $t := t + v + p$ weitermachen.
\end{enumerate}

Hinzu kommt noch die Berücksichtigung der Simulationsvariable \textit{sim.clock.speed}, die wegen der Übersicht im Algorithmus nicht dargestellt wurde. Intern hat der Simulator die echte Zeit und die Simulationszeit abgespeichert. Es werden ständig die verstrichenen echten Zeiten gemessen und anschließend anhand von \textit{sim.clock.speed} die neuen tatsächlichen Simulationszeiten berechnet. Rundungsfehler werden pro Durchgang in eine \textit{double}-Variable (Fließkommazahl doppelter Genauigkeit) abgespeichert und wenn der Betrag der Rundungsfehler $>= 1$ ist, dann werden davon die ganzen Wertanteile in der Simulationszeit berücksichtigt. F\"{u}r jede lokale Prozesszeit sowie der dazugeh\"{o}rigen lokalen Uhrabweichung und den lokale Ereignisse wird \"{a}hnlich verfahren.

Jede Simulation besitzt somit seinen eigenen Simulationsthread. Bei mehreren parallel laufenden Simulationen laufen auch mehrere parallele voneinander unabhängige Threads. Des Weiteren gibt es noch den Java Swing-Thread, der für die GUI und der Anwenderinteraktion zuständig ist. Der Anwender kann zu jedem Zeitpunkt in die Simulation eingreifen. Anwendereingriffe werden deswegen synchronisiert, da es ansonsten zu zeitgleichen Zugriffen/Änderungen gleicher Objekte kommen kann und somit eine Java-Ausnahme geworfen wird die das Stoppen eines Threads verursacht.

\section{Serialisierung und Deserialisierung von Simulationen}

Der Anwender kann eine erstellte Simulation im Datei-Menü speichern und/oder eine bereits abgespeicherte Simulation laden. Hierbei wird von der aus Java angebotenen Möglichkeit Objekte zu Serialisieren Gebrauch gemacht. Im Paket \textit{serialize} (s. Abbildung \ref{fig:PackageSerialize}.) befinden sich Helfer, die bei einer Serialisierung und einer Deserialisierung einer Simulation unter die Arme greifen. 

Der Simulator serialisiert nur notwendige Daten, und nicht jedes existierende Objekt. Alle Serialisierbaren Klassen implementieren das Interface \textit{VSSerializable} mit folgenden zwei Methoden:

\begin{itemize}
	\item \textit{public void serialize(VSSerialize serialize, ObjectOutputStream oos)}: Diese Methode wird bei jedem Serialisierungsvorgang aufgerufen (beim Speichern einer Simulation).
	\item \textit{public void deserialize(VSSerialize serialize, ObjectInputStream ois)}: Diese Methode wird bei jedem Deserialisierungsvorgang aufgerufen (beim Laden einer Simulation).
\end{itemize}

Die Methoden \textit{serialize} und \textit{deserialize} erhalten neben einen Dateistream auch ein \textit{VSSerialize}-Objekt. Für jeden (De)serialisierungsvorgang wird ein \textit{VSSerialize}-Objekt erzeugt, welches dabei Hilft, die benötigten Aktionen durchzuführen. Eine zu serialisierende Simulation besteht aus vielen voneinander abhängigen Objekten. Jedes Objekt kann dabei Referenzen auf andere Objekte besitzen. Würde jedes Objekt komplett serialisiert werden, so würden Objekte, auf denen mehrere Referenzen existierten, in mehrfacher Ausführung behandelt (in eine Datei abgespeichert) werden. Bei Kreisverweisen (Objekt A hat eine Referenz auf Objekt B und Objekt B hat eine Referenz auf Objekt A als Attribut gespeichert) würde die Serialisierung sogar in einer Endlosschleife enden. \textit{VSSerialize} hilft hierbei dies zu vermeiden und merkt sich Informationen von allen bereits serialisierten Objekten, so dass jedes Objekt nur genau einmal serialisiert wird. Bei der Deserialisierung werden alle Objekte wieder automatisch mit den richtigen Referenzen ausgestattet, wobei kein Objekt doppelt deserialisiert wird.

\begin{figure}[h]
	\centering
	\includegraphics[width=13cm]{images/serialize}
	\caption{Das Paket \textit{serialize} und serialisierbare Klassen}
	\label{fig:PackageSerialize}
\end{figure}

Alle Klassen, die \textit{VSSerializePrefs} erweitern, können automatisch sämtliche Einstellungen komfortabel serialisieren und deserialiseren. Beispielsweise speichert der Simulator alle seine globalen Simulationseinstellungen bei einer Serialisierung automatisch ab. Bei den Prozessen und den Ereignissen (und somit auch Protokollen) gilt Selbiges analog. 

Abgespeicherte Simulationen sollen auch mit zukünftigen Versionen des Simulators kompatibel bleiben. Deshalb werden alle Objekte aller Klassen, die \textit{VSSerializable} implementieren, nicht komplett serialisiert. Bei der Serialisierung werden nur relevante Klassenattribute, die der Simulationsprogrammierung, und nicht beispielsweise GUI-Komponenten angehören, serialisiert. 

\subsubsection{Beispielimplementierung einer \textit{serialize}-Methode}

Der folgende Quelltext-Ausschnitt zeigt eine Beispielimplementierung von \textit{serialize}:

\begin{code}
    public synchronized void serialize(VSSerialize serialize,
                                       ObjectOutputStream oos)
    throws IOException {
        oss.writeObject(new Boolean(false)); // flag
        oss.writeObject(attributeOne);
        oss.writeObject(ottributeTwo);
        serialize.setObject("sampleObject", this);
        prefs.serialize(serialize, oos);
        someOtherSerializableObject.serialize(serialize, oos);
        oss.writeObject(new Boolean(false)); // flag
    }
\end{code}

Vor- und nach der eigentlichen Objektserialisierung wird jeweils eine boolesche Flagge serialisiert, welche auf \textit{true} gesetzt wird, sobald in späteren Simulator-Versionen (was relativ unwahrscheinlich, aber möglich ist) weitere zu serialisierenden Klassenattribute hinzukommen. Eine Deserialisierung kann die Flaggen dann abfragen und separat behandeln. Somit bleiben ältere bereits abgespeicherte Simulationen stets zur neusten Version des Simulators kompatibel. Wenn eine Flagge auf \textit{true} gesetzt wird, dann kann unter den neuen Attributserialisierungen eine weitere Flagge gesetzt werden. Somit können beliebig viele Erweiterungen in die Serialisierung Einzug halten.

Das zu serialisierende Objekt besitzt hier lediglich zwei Attribute, die serialisiert werden sollen. Alle anderen Klassenattribute können vernachlässigt werden. Mit \textit{serialize.setObject} speichert \textit{serialize} eine Referenz auf das aktuelle Objekt ab, worauf andere Objekte bei der Serialisierung zurückgreifen können. Danach wird ein \textit{prefs} und \textit{someOtherSerializableObject} serialisiert. Die Deserialisierung folgt genau den Umgekehrten weg. \textit{VSSerialize} hilft auch hier dabei mehrere Referenzen auf das selbe Objekt korrekt zu behandeln.

Wenn der Anwender \textit{Datei $\rightarrow$ Simulation speichern} wählt, dann wird zunächst ein \textit{VSSerialize}-Objekt erstellt. Ausgehend davon wird \textit{serialize} auf \textit{VSPrefs} und \textit{VSSimulator} ausgeführt (siehe Serialisierungssequenz in Abbildung \ref{fig:SequenceSerialize}.). Das Simulator-Objekt führt \textit{serialize} wiederum auf das \textit{VSSimulatorVisualization}-Objekt aus. Dort wird jeder Prozess inklusive alle Protokollobjekte serialisiert. Anschließend folgt der Task-Manager inklusive allen programmierten Ereignissen. 


\section{Helferklassen und Klassen für Ausnahmebehandlungen}

Es wurden noch nicht die Klassen der Pakete \textit{utils} (s. Abbildung \ref{fig:PackageUtils}.) sowie \textit{exceptions} (s. Abbildung \ref{fig:PackageExceptions}.) vorgestellt. \textit{utils} fasst lediglich einige Helferklassen zusammen, die vom restlichen Quelltext verwendet werden.

\begin{figure}[h]
	\centering
	\includegraphics[width=10cm]{images/utils}
	\caption{Das Paket \textit{utils}}
	\label{fig:PackageUtils}
\end{figure}

\begin{itemize}
	\item \textit{VSFrame}: Alle Objekte, die ein eigenes Swing-Fenster besitzen, erben von der Klasse \textit{VSFrame}. Sie stellt sicher, dass neue Fenster an der richtigen Position der Bildfläche platziert werden und dass Unterfenster (Fenster, die aus einem anderen Fenster aus geöffnet wurden) automatisch mit-geschlossen werden, sobald eines ihrer ``Erzeugerfenster'' geschlossen wird. 
	\item \textit{VSAboutFrame}: Dieses Fenster implementiert die ``About-Anzeige'' die im Simulator über das Datei-Menü aufgerufen werden kann.
	\item \textit{VSInfoArea}: Ist für die Textanzeige in \textit{VSAboutFrame} zuständig.
	\item \textit{VSClassLoader}: Diese Klasse wird für die automatische Instantiierung von Ereignisobjekten benötigt, wenn dem Simulator lediglich die Klassennamen (aus \textit{events.VSRegisteredEvents}) bekannt sind.
	\item \textit{VSHelper}: In dieser Klasse befinden sich statische Helfermethoden, die in keine andere Klasse passen.
	\item \textit{VSPriorityQueue}: Diese Klasse wird für das Verwalten von \textit{core.VSTask}-Objekte im Task-Manager benötigt. \textit{VSPriorityQueue} passt die Prioritäts-Warteschlange aus der Java-Standardbibliothek den Anforderungen des Simulators an.
	\item \textit{VSRandom}: Wird für Zufallsereignisse benötigt. Jedes Prozessobjekt besitzt einen solchen eigenen Pseudozufallsgenerator. Diese Klasse setzt gleichzeitig einen eigenen Seed basierend auf der lokalen Systemzeit und anderer Berechnungen fest. 
	\item \textit{VSTupel}: Diese Klasse ist eine Implementierung eines sehr einfach aufgebauten 3-Tupel Datentyps. Alle 3 Elemente können von einem anderen Typ sein, was mit Hilfe der Java-Generics verwirklicht wurde. \textit{VSTupel} wird von den Editorklassen für die Generierung von GUI-Elementen benötigt.
\end{itemize}

\begin{figure}[h]
	\centering
	\includegraphics[width=7.5cm]{images/exceptions}
	\caption{Das Paket \textit{exceptions}}
	\label{fig:PackageExceptions}
\end{figure}

Im Paket \textit{exceptions} befinden sich lediglich einige Klassen, die für Ausnahmebehandlungen verwendet werden. \textit{VSNotCopyableException} wird während einem Kopierversuch eines nicht-kopierbaren Ereignis geworfen. \textit{VSNegatieNumberException} wird geworfen, wenn negative Zahlen dort auftreten, wo sie es nicht sollten. Wenn ein Editorobjekt die Benutzereingabe einer Integer-Vektor-Variable nicht parsen kann, so greifen es auf \textit{VSParseIntegerVectorException} zurück. 

\begin{figure}
	\centering
	\rotatebox{90}{%
		\includegraphics[width=22cm]{images/sequence-serialize}
	}
	\caption{Serialisierungssequenz}
	\label{fig:SequenceSerialize}
\end{figure}

\section{Programmierrichtlinien}

Die Programmierrichtlinien entsprechen in den meisten Fällen denen aus \cite{OOS} (siehe auch \cite{Richtlinien}).

Die \textit{main}-Methode befindet sich in der Klasse \textit{simulator.VSMain}. 
\begin{itemize}
	\item Es wird kein Gebrauch vom Java-Standardpaket gemacht. Alle Klassen befinden sich somit in explizit angegebenen Paketen (zum Beispiel \textit{events.implementations}).
	\item Alle Klassen- und Interfacenamen beginnen mit großen Buchstaben, während alle Variablen-, Methoden- und Attributnamen mit kleinen Buchstaben beginnen. Namen finaler Variablen und Attribute sind komplett in Großbuchstaben gehalten.
	\item Alle Quelltext-Dateien besitzen einen Header, der Informationen der verwendeten Lizenz angibt.
	\item Alle Quelltext-Dateien werden vollständig mit Javadoc dokumentiert. 
	\item Der komplette Quelltext inklusive Dokumentation werden in englischer Sprache verfasst. 
	\item Eine Quelltext-Datei hat eine maximale Zeilenlänge von 80 Zeichen, was der Standardbreite eines UNIX-Terminals entspricht. Eine Ausnahme stellt die Klasse \textit{prefs.VSDefaultPrefs} dar, denn hier befinden sich auch längere Texte die in Strings abgespeichert werden, wo manuelle Zeilenumbrüche wenig Sinn ergeben. 
	\item Es werden zuerst Klassen aus der Java-Standardbibliothek importiert, bevor Klassen aus dem VS-Simulator selbst importiert werden.
	\item Für die Einrückung des Quelltextes wird das Tool \textit{astyle} mit den Aufrufparametern \textit{--style=java --mode=java} verwendet. Hierbei wird eine Einrückungslänge von 4 Zeichen verwendet.
	\item Namen aller Klassen und Interfaces tragen als Präfix stets \textit{VS}, was für Verteilte Systeme steht. 
	\item Namen abstrakter Klassen tragen als Präfix stets \textit{VSAbstract}.
	\item Namen aller Protokollklassen tragen als Postfix \textit{Protocol} (zum Beispiel \textit{VSPingPongProtocol}).
	\item Namen aller Ereignisklassen, die keine Protokolle implementieren, tragen als Postfix \textit{Event} (zum Beispiel \textit{VSProcessCrashEvent}).
	\item Namen aller dejenigen Klassen, die ein Fenster implementieren, tragen als Postfix \textit{Frame} (zum Beispiel \textit{VSSimulatorFrame}).
	\item überall wo es Sinn ergibt werden Java-Generic-Datentypen verwendet (zum Beispiel \textit{java.util.Vector<Integer>} anstelle von \textit{java.util.Vector}).
\end{itemize}

\section{Entwicklungsumgebung}

In diesem Teilkapitel soll ein kleiner Einblick in die Umgebung, in der der Simulator entwickelt wurde, gewährt werden. Für diese Diplomarbeit wurde ausschließlich Open Source Software verwendet. Die einzige Ausnahme stellt Microsoft Windows XP dar, worauf der Simulator zusätzlich getestet wurde. Der Simulator wurde jedoch hauptsächlich unter dem Betriebssystem FreeBSD 7.0, was ein open source Unix-Derivat ist, programmiert. 

Wie bereits bekannt ist, wurde Sun's Java, was mittlerweile auch Open Source Software ist, in der Version 6 (1.6) als die Implementierungssprache gewählt und für die Quelltextdokumentation kam Javadoc-, für die automatische Quelltexteinrückung astyle und als Java-Referenz kam \cite{Javadoc} zum Einsatz. Als Built-Tool wurde hier auf Apache Ant (s. \cite{AntManual} und \cite{AntTutorial}). Für die Erstellung dieses PDF-Dokumentes wurde LaTeX in Verbindung mit dem Built-Tool GNU Make und Rubber verwendet. Eine Rechtschreibüberprüfung wurde mit aspell sowie OpenOffice.org durchgeführt. xPDF diente als PDF-Anzeigeprogramm.

Als Versionierungssystem wurde SVN (Subversion) verwendet. Für den Zugriff auf das SVN-Repository mittels HTTPS (Hypertext Transfer Protocol Secure) wurde der Apache-Webserver mit WebDAV-Plugin verwendet. Zudem kam WebSVN als Webschnittstelle des SVN-Repository zum Einsatz. Mozilla Firefox diente für das Betrachten der Javadocs und der WebSVN-Oberfläche.

Für das schreiben von Java-Quelltext wurde GVim (Graphical Vi IMproved) sowie Eclipse verwendet. Eclipse unterstützt bessere Code-Refactoring-Methoden, während GVim mit seiner Flexibilität und schnelleren Editiermöglichkeiten und mit Vim-Script, der eigenen Script-Engine, glänzt. Es wurden außerdem das JAutoDoc- (für die Erstellung von Javadoc-Kommentare) und das Subversion-Eclipse-Plugin verwendet. Je nach Zweck wurde zwischen diesen beiden Umgebungen gewechselt. Für das Verfassen des LaTeX-Dokumentes wurde GVim verwendet.

Sämtliche UML-Diagramme wurden mit ArgoUML angefertigt und die Screenshots mit The GIMP (GNU Image Manipulation Program) sowie ImageMagick nachbearbeitet. Mit dem zip-Programm wurden alle VS-Simulator Distributionen verpackt.

\subsubsection{Linkliste der verwendeten Software}

\begin{itemize}
	\setlength{\itemsep}{-2mm}
	\item Apache Webserver - \url{http://httpd.apache.org}	
	\item ArgoUML - \url{http://argouml.tigris.org}
	\item Eclipse - \url{http://www.eclipse.org}
	\item FreeBSD - \url{http://www.FreeBSD.org}
	\item GNU Make - \url{http://www.gnu.org/software/make}
	\item GVim - \url{http://www.vim.org}
	\item ImageMagick - \url{http://www.imagemagick.org}
	\item Javadoc - \url{http://java.sun.com/j2s2/javadoc}
	\item Mozilla Firefox - \url{http://www.mozilla.com}
	\item OpenOffice.org - \url{http://www.OpenOffice.org}
	\item Rubber - \url{http://www.pps.jussieu.fr/~beffara/soft/rubber}
	\item Sun Java - \url{http://java.sun.com}
	\item The GIMP - \url{http://www.gimp.org}
	\item WebDAV - \url{http://httpd.apache.org/docs/2.0/mod/mod\_dav.html}	
	\item WebSVN - \url{http://websvn.tigris.org}
	\item aspell - \url{http://aspell.sourceforge.net}
	\item astyle - \url{http://astyle.sourceforge.net}
	\item xPDF - \url{http://www.foolabs.com/xpdf}
	\item zip - \url{http://www.info-zip.org/Zip.html}
\end{itemize}

