41.3 Anwendungen
41.3.1 Ein einfacher Objektspeicher
Die folgende Klasse TrivialObjectStore
stellt ein einfaches Beispiel für einen persistenten Objektspeicher
dar. Sie besitzt eine Methode putObject,
mit der beliebige String-Object-Paare
angelegt und später mit getObject
wieder abgerufen werden können. Durch Aufruf von save
kann der komplette Objektspeicher serialisiert werden, ein Aufruf
von load lädt ihn von der
Festplatte. Die Klasse TrivialObjectStore
verwendet eine Hashtable
zur Ablage der String-Object-Paare.
Diese implementiert bereits standardmäßig das Interface
Serializable
und kann daher sehr einfach auf einem externen Datenträger gespeichert
oder von dort geladen werden.
001 /* TrivialObjectStore.java */
002
003 import java.io.*;
004 import java.util.*;
005
006 /**
007 * Trivialer Objektspeicher, der Mengen von Name-Objekt-
008 * Paaren aufnehmen und persistent speichern kann.
009 */
010 public class TrivialObjectStore
011 {
012 //Instance variables
013 private String fname;
014 private Hashtable objects;
015
016 /**
017 * Erzeugt einen neuen Objektspeicher mit dem angegebenen
018 * Namen (die Erweiterung ".tos" ("trivial object store")
019 * wird ggfs. automatisch angehängt.
020 */
021 public TrivialObjectStore(String fname)
022 {
023 this.fname = fname;
024 if (!fname.endsWith(".tos")) {
025 this.fname += ".tos";
026 }
027 this.objects = new Hashtable(50);
028 }
029
030 /**
031 * Sichert den Objektspeicher unter dem im Konstruktor
032 * angegebenen Namen.
033 */
034 public void save()
035 throws IOException
036 {
037 FileOutputStream fs = new FileOutputStream(fname);
038 ObjectOutputStream os = new ObjectOutputStream(fs);
039 os.writeObject(objects);
040 os.close();
041 }
042
043 /**
044 * Lädt den Objektspeicher mit dem im Konstruktor
045 * angegebenen Namen.
046 */
047 public void load()
048 throws ClassNotFoundException, IOException
049 {
050 FileInputStream fs = new FileInputStream(fname);
051 ObjectInputStream is = new ObjectInputStream(fs);
052 objects = (Hashtable)is.readObject();
053 is.close();
054 }
055
056 /**
057 * Fügt ein Objekt in den Objektspeicher ein.
058 */
059 public void putObject(String name, Object object)
060 {
061 objects.put(name, object);
062 }
063
064 /**
065 * Liest das Objekt mit dem angegebenen Namen aus dem
066 * Objektspeicher. Ist es nicht vorhanden, wird null
067 * zurückgegeben.
068 */
069 public Object getObject(String name)
070 {
071 return objects.get(name);
072 }
073
074 /**
075 * Liefert eine Aufzählung aller gespeicherten Namen.
076 */
077 public Enumeration getAllNames()
078 {
079 return objects.keys();
080 }
081 }
|
TrivialObjectStore.java |
Listing 41.9: Ein einfacher Objektspeicher
Objekte der Klasse TrivialObjectStore
können nun verwendet werden, um beliebige serialisierbare Objekte
unter Zuordnung eines Namens auf einem externen Datenträger zu
speichern. Das folgende Listing zeigt dies am Beispiel eines fiktiven
»Tamagotchi-Shops«, dessen Eigenschaften Name, Besitzer
und Liste der Produkte im Objektspeicher abgelegt, in die Datei
shop.tos geschrieben und anschließend
wieder ausgelesen werden:
001 /* Listing4110.java */
002
003 import java.io.*;
004 import java.util.*;
005
006 public class Listing4110
007 {
008 public static void main(String[] args)
009 {
010 //Erzeugen und Speichern des Objektspeichers
011 TrivialObjectStore tos = new TrivialObjectStore("shop");
012 tos.putObject("name", "Tami-Shop Norderelbe");
013 tos.putObject("besitzer", "Meier, Fridolin");
014 Vector products = new Vector(10);
015 products.addElement("Dinky Dino");
016 products.addElement("96er Classic");
017 products.addElement("Black Frog");
018 products.addElement("SmartGotchi");
019 products.addElement("Pretty Dolly");
020 tos.putObject("produkte", products);
021 try {
022 tos.save();
023 } catch (IOException e) {
024 System.err.println(e.toString());
025 }
026
027 //Einlesen des Objektspeichers
028 TrivialObjectStore tos2 = new TrivialObjectStore("shop");
029 try {
030 tos2.load();
031 Enumeration names = tos2.getAllNames();
032 while (names.hasMoreElements()) {
033 String name = (String)names.nextElement();
034 Object obj = tos2.getObject(name);
035 System.out.print(name + ": ");
036 System.out.println(obj.getClass().toString());
037 if (obj instanceof Collection) {
038 Iterator it = ((Collection)obj).iterator();
039 while (it.hasNext()) {
040 System.out.println(" " + it.next().toString());
041 }
042 } else {
043 System.out.println(" " + obj.toString());
044 }
045 }
046 } catch (IOException e) {
047 System.err.println(e.toString());
048 } catch (ClassNotFoundException e) {
049 System.err.println(e.toString());
050 }
051 }
052 }
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Listing4110.java |
Listing 41.10: Beispielanwendung für den einfachen Objektspeicher
Hier wird zunächst ein neuer Objektspeicher tos
erstellt und mit den Objekten aus dem Tamagotchi-Shop gefüllt.
Neben zwei Strings name und
besitzer wird dabei unter der
Bezeichnung produkte eine weitere
Collection, der Vector
mit den Produkten, eingefügt. Das durch Aufruf von save
ausgelöste Serialisieren der Hashtable
bewirkt, dass alle darin gespeicherten Elemente serialisiert werden,
sofern sie das Interface Serializable
implementieren.
Ab Zeile 027 wird
dann der Objektspeicher wieder eingelesen, in diesem Fall in die Variable
tos2. Mit getAllNames
beschafft das Programm zunächst eine Enumeration
über alle Objektnamen und durchläuft sie elementweise. Zu
jedem Namen wird mit getElement
das zugehörige Element geholt, und sein Name und der Name der
zugehörigen Klasse werden ausgegeben (Zeile 036).
Anschließend wird überprüft, ob das gefundene Objekt
das Interface Collection
implementiert und ggfs. über alle darin enthaltenen Elemente
iteriert. Andernfalls wird das Objekt direkt mit toString
ausgegeben.
Die Ausgabe des Programms ist:
produkte: class java.util.Vector
Dinky Dino
96er Classic
Black Frog
SmartGotchi
Pretty Dolly
besitzer: class java.lang.String
Meier, Fridolin
name: class java.lang.String
Tami-Shop Norderelbe
Leider ist die Implementierung dieser Features nicht trivial. Ein
gutes Beispiel für die Implementierung des ersten und dritten
Punkts findet sich in »Java Algorithms« von Scott Robert
Ladd. Der Autor zeigt zunächst, wie man Objekte auf der Basis
von Random-Access-Dateien (anstelle der üblichen Streams) serialisiert.
Anschließend zeigt er die Verwendung von Indexdateien am Beispiel
der Implementierung von B-Trees.
Eine auf den ersten Blick überraschende Anwendung der Serialisierung
besteht darin, Objekte zu kopieren. Es sei noch einmal daran erinnert,
dass die Zuweisung eines Objektes an eine Objektvariable lediglich
eine Zeigeroperation war; dass also immer nur ein Verweis geändert
wurde. Soll ein komplexes Objekt kopiert werden, wird dazu üblicherweise
das Interface Cloneable
implementiert und eine Methode clone
zur Verfügung gestellt, die den eigentlichen Kopiervorgang vornimmt.
Sollte ein Objekt kopiert werden, das Cloneable
nicht implementiert, blieb bisher nur der umständliche Weg über
das manuelle Kopieren aller Membervariablen. Das ist insbesondere
dann mühsam und fehlerträchtig, wenn das zu kopierende Objekt
Unterobjekte enthält, die ihrerseits kopiert werden müssen
(deep copy anstatt shallow copy).
Der Schlüssel zum Kopieren von Objekten mit Hilfe der Serialisierung
liegt darin, anstelle der üblichen dateibasierten Streamklassen
solche zu verwenden, die ihre Daten im Hauptspeicher halten. Am besten
sind dazu ByteArrayOutputStream
und ByteArrayInputStream
geeignet. Sie sind integraler Bestandteil der OutputStream-
und InputStream-Hierarchien
und man kann die Daten problemlos von einem zum anderen übergeben.
Das folgende Programm implementiert eine Methode seriaClone(),
die ein beliebiges Objekt als Argument erwartet und in einen ByteArrayOutputStream
serialisiert. Das resultierende Byte-Array wird dann zur Konstruktion
eines ByteArrayInputStream
verwendet, dort deserialisiert und als Objektkopie an den Aufrufer
zurückgegeben:
001 /* Listing4111.java */
002
003 import java.io.*;
004 import java.util.*;
005
006 public class Listing4111
007 {
008 public static Object seriaClone(Object o)
009 throws IOException, ClassNotFoundException
010 {
011 //Serialisieren des Objekts
012 ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
013 ObjectOutputStream os = new ObjectOutputStream(out);
014 os.writeObject(o);
015 os.flush();
016 //Deserialisieren des Objekts
017 ByteArrayInputStream in = new ByteArrayInputStream(
018 out.toByteArray()
019 );
020 ObjectInputStream is = new ObjectInputStream(in);
021 Object ret = is.readObject();
022 is.close();
023 os.close();
024 return ret;
025 }
026
027 public static void main(String[] args)
028 {
029 try {
030 //Erzeugen des Buchobjekts
031 Book book = new Book();
032 book.author = "Peitgen, Heinz-Otto";
033 String[] s = {"Jürgens, Hartmut", "Saupe, Dietmar"};
034 book.coAuthors = s;
035 book.title = "Bausteine des Chaos";
036 book.publisher = "rororo science";
037 book.pubyear = 1998;
038 book.pages = 514;
039 book.isbn = "3-499-60250-4";
040 book.reflist = new Vector();
041 book.reflist.addElement("The World of MC Escher");
042 book.reflist.addElement(
043 "Die fraktale Geometrie der Natur"
044 );
045 book.reflist.addElement("Gödel, Escher, Bach");
046 System.out.println(book.toString());
047 //Erzeugen und Verändern der Kopie
048 Book copy = (Book)seriaClone(book);
049 copy.title += " - Fraktale";
050 copy.reflist.addElement("Fractal Creations");
051 //Ausgeben von Original und Kopie
052 System.out.print(book.toString());
053 System.out.println("---");
054 System.out.print(copy.toString());
055 } catch (IOException e) {
056 System.err.println(e.toString());
057 } catch (ClassNotFoundException e) {
058 System.err.println(e.toString());
059 }
060 }
061 }
062
063 class Book
064 implements Serializable
065 {
066 public String author;
067 public String[] coAuthors;
068 public String title;
069 public String publisher;
070 public int pubyear;
071 public int pages;
072 public String isbn;
073 public Vector reflist;
074
075 public String toString()
076 {
077 String NL = System.getProperty("line.separator");
078 StringBuffer ret = new StringBuffer(200);
079 ret.append(author + NL);
080 for (int i = 0; i < coAuthors.length; ++i) {
081 ret.append(coAuthors[i] + NL);
082 }
083 ret.append("\"" + title + "\"" + NL);
084 ret.append(publisher + " " + pubyear + NL);
085 ret.append(pages + " pages" + NL);
086 ret.append(isbn + NL);
087 Enumeration e = reflist.elements();
088 while (e.hasMoreElements()) {
089 ret.append(" " + (String)e.nextElement() + NL);
090 }
091 return ret.toString();
092 }
093 }
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Listing4111.java |
Listing 41.11: Kopieren von Objekten durch Serialisierung
Das Programm verwendet zum Testen ein Objekt der Klasse Book,
das mit den Daten eines Buchtitels initialisiert wird. Anschließend
wird mit seriaClone eine Kopie
hergestellt und der Variable copy
zugewiesen. Um zu verdeutlichen, dass wirklich eine Kopie hergestellt
wurde, modifizieren wir nun einige Angaben der Kopie und geben anschließend
beide Objekte aus:
Peitgen, Heinz-Otto
Jürgens, Hartmut
Saupe, Dietmar
"Bausteine des Chaos"
rororo science 1998
514 pages
3-499-60250-4
The World of MC Escher
Die fraktale Geometrie der Natur
Gödel, Escher, Bach
---
Peitgen, Heinz-Otto
Jürgens, Hartmut
Saupe, Dietmar
"Bausteine des Chaos - Fraktale"
rororo science 1998
514 pages
3-499-60250-4
The World of MC Escher
Die fraktale Geometrie der Natur
Gödel, Escher, Bach
Fractal Creations
An der Programmausgabe kann man erkennen, dass das Objekt tatsächlich
ordnungsgemäß kopiert wurde. Auch alle Unterobjekte wurden
kopiert und konnten anschließend unabhängig voneinander
geändert werden. Ohne Serialisierung wäre der manuelle Aufwand
um ein Vielfaches größer gewesen. Das Verfahren findet
dort seine Grenzen, wo die zu kopierenden Objekte nicht serialisierbar
sind oder nicht-serialisierbare Unterobjekte enthalten. Zudem muss
im echten Einsatz das Laufzeitverhalten überprüft werden,
denn der Vorgang des Serialisierens/Deserialisierens ist um ein Vielfaches
langsamer als das direkte Kopieren der Objektattribute.
