MQTT-Broker in Java einbinden

Zur Nutzung des MQTT-Protokolls wird ein MQTT-Broker benötigt. Dieser kann separat betrieben oder aber in eine Anwendung eingebettet werden. Ein MQTT-Broker, welcher sich für die Einbettung unter Java eignet, ist Moquette. Zur Einbindung von Moquette muss es den Abhängigkeiten des Projektes hinzugefügt werden:

<dependency>
	<groupId>io.moquette</groupId>
	<artifactId>moquette-broker</artifactId>
	<version>0.12.1</version>
</dependency>

Die Funktionalitäten zum Start und Stop des MQTT-Brokers werden in diesem Beispiel in der Klasse Broker gekapselt. In der Klasse wird eine Instanz vom Typ Server angelegt und über die Methode startServer kann der MQTT-Broker gestartet werden. Beim Start wird in diesem Beispiel das Topic /exit angelegt. Weitere Topics können über die Methode pushTopic angelegt werden. Mittels der Methode stopServer kann der Broker wieder gestoppt werden.

public final class Broker {

    private static Logger log = LoggerFactory.getLogger(new Exception().fillInStackTrace().getStackTrace()[0].getClassName());

    final Server mqttBroker = new Server();

    public void startServer() {

        // Load class path for configuration
        IResourceLoader classpathLoader = new ClasspathResourceLoader();
        final IConfig classPathConfig = new ResourceLoaderConfig(classpathLoader);

        // Start MQTT broker
        log.info("Start MQTT broker...");
        List userHandlers = Collections.singletonList(new PublisherListener());

        try {
            mqttBroker.startServer(classPathConfig, userHandlers);
        } catch (IOException e) {
            log.error("MQTT broker start failed...");
        }

        // Wait before publish topics
        log.info("Wait before topics are pushed...");

        try {
            Thread.sleep(20000);
        } catch (InterruptedException e) {
            log.warn("Pause for publishing topics interupted.");
        }

        // Publishing topics
        log.info("Pushing topics...");

        pushTopic("/exit");

        log.info("Topics pushed...");
    }

    public void stopServer() {
        mqttBroker.stopServer();
    }

    public void pushTopic(String topic) {

        MqttPublishMessage message = MqttMessageBuilders.publish()
                .topicName(topic)
                .retained(true)
                .qos(MqttQoS.EXACTLY_ONCE)
                .payload(Unpooled.copiedBuffer("{}".getBytes(UTF_8)))
                .build();

        mqttBroker.internalPublish(message, "INTRLPUB");
    }
}

Beim Start des Servers wird eine Konfigurationsdatei mit dem Namen moquette.conf aus dem Ordner resources/config geladen. Diese könnte beispielhaft wie folgt aussehen:

##############################################
#  Moquette configuration file. 
#
#  The syntax is equals to mosquitto.conf
# 
##############################################

port 1883

#websocket_port 8080

host 0.0.0.0

#Password file
#password_file password_file.conf

#ssl_port 8883
#jks_path serverkeystore.jks
#key_store_password passw0rdsrv
#key_manager_password passw0rdsrv

allow_anonymous true

Beim Start des MQTT-Brokers wird ein Handler vom Typ PublisherListener registriert. Diese Handler muss natürlich vorher definiert werden:

public class PublisherListener extends AbstractInterceptHandler {

    private static Logger log = LoggerFactory.getLogger(new Exception().fillInStackTrace().getStackTrace()[0].getClassName());

    @Override
    public String getID() {
        return "PublishListener";
    }

    @Override
    public void onPublish(InterceptPublishMessage msg) {

        // Create array for payload
        int readableBytes = msg.getPayload().readableBytes();
        byte[] payload = new byte[readableBytes];

        // Read bytes from payload
        for (int i = 0; i < readableBytes; i++) {
            payload[i] = msg.getPayload().readByte();
        }

        // Create string from payload
        String decodedPayload = new String(payload, UTF_8);
        log.debug("Received on topic: " + msg.getTopicName() + " content: " + decodedPayload);
    }
}

Der Handler wertet alle Publish-Nachrichten aus und loggt diese mittels des Loggers. Nun kann der Broker gestartet werden:

// Start broker
Broker broker = new Broker();
broker.startServer();

// Bind a shutdown hook
Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() -> {

	log.info("Stopping MQTT broker...");
	broker.stopServer();
}));

Über den registrierten Shutdown-Hook kann der Server anschließend wieder beendet werden. Damit ist die beispielhafte Einbindung von Moquette in eine Java-Applikation abgeschlossen. Der Quelltext von Moquette kann über GitHub bezogen werden. Lizenziert ist das Projekt unter der Apache License in Version 2 und damit freie Software.

Deeplearning4j

Bibliotheken für die Entwicklung von Deep Learning-Anwendungen bzw. zur Nutzung von maschinellem Lernen, sind meistens für Python verfügbar. Entsprechende Bibliotheken für Java sind dagegen spärlich gesät. Eine dieser Bibliotheken für Java ist Deeplearning4j. Neben der klassischen Kost, wie der Unterstützung unterschiedlicher neuronaler Netze, verfügt Deeplearning4j über eine Schnittstelle zu Python, mit deren Hilfe die entsprechenden Bibliotheken aus der Python-Welt angebunden werden können.

deeplearning4j.org

Der Quelltext der Bibliothek ist auf GitHub zu finden. Lizenziert ist die Bibliothek unter der Apache License in der Version 2 und damit freie Software. Die offizielle Projektseite kann unter deeplearning4j.org besucht werden.

Exception-Hierarchie unter Java

Java nutzt, wie viele andere Sprachen, Exceptions zur Fehlersignalisierung und Fehlerbehandlung. Folgender Code würde hierbei dem Anschein nach alle Exceptions fangen:

try {
  // Do something wrong
} catch(Exception e) {
  // Gotta Catch 'Em All
}

An dieser Stelle trügt der Schein nicht. Allerdings werden nur einige Fehlerklassen gefangen, nämlich nur solche vom Typ Exception. Die Hierarchie der Fehlerklassen ist unter Java ein wenig differenzierter. In Java erbt jede Klasse implizit von der Klasse Object und so erbt auch die Klasse Throwable von dieser und implementiert das Interface Serializable.

Die Hierarchie der Klassen, welche für Fehlersignalisierung zuständig sind

Von der Klasse Throwable wiederum erben die Klassen Error und Exception. Fehler vom Typ Error stellen laut Definition immer Fehler innerhalb der JVM da, während Exceptions gewöhnliche Fehler des Programmes bzw. des Entwicklers sind. Sollen nun alle Fehlerklassen gefangen werden, so müsste der Quellcode wie folgt aussehen:

try {
  // Do something wrong
} catch(Throwable t) {
  // Gotta Catch 'Em All
}

Das Beispiel sollte nur als solches betrachtet werden, da es sich immer empfiehlt spezielle Fehler zu fangen und zu behandeln. Ein solch allgemeiner Fehlerhandler eignet sich nur für Spezialfälle wie z.B. das Logging nicht behandelter Fehler. Die Hierarchie verästelt sich anschließend noch weiter, so erben unterschiedlichste Klassen von der Klasse Error. Bei der Klasse Exception sieht dies ähnlich aus, allerdings existiert hier eine Besonderheit, die Klasse RuntimeException. Normalerweise muss eine Methode Exceptions, die sie wirft im Methodenkopf bekannt geben, wenn sie nicht in der Methode behandelt werden:

public static void example() throws Exception {
  throw new Exception();
}

Bei Klassen die von der Klasse RuntimeException erben muss diese Bekanntmachung im Methodenkopf nicht erfolgen. Sie werden trotzdem nach oben durchgereicht bis sie gefangen werden oder sich das Programm beendet, wenn die Behandlung der Exception nicht durchgeführt wurde.

jMonkeyEngine

Mit libGDX hatte ich vor einem Jahr bereits eine Game Engine für Java vorgestellt. Daneben existieren natürlich noch weitere Game Engines. Eine dieser Engines ist die jMonkeyEngine, welche seit 2003 entwickelt wird. Technisch basiert der SDK-Editor auf NetBeans-Plattform. Die Engine selbst nutzt OpenGL für die Darstellung der Grafik und verfügt über unterschiedlichste Features wie die Unterstützung für Beleuchtung, die Nutzung von Shadern, eine Reihe von Filtern und Effekten und eine Physikunterstützung. Daneben werden auch andere Dinge wie die Eingabe des Nutzers von der Engine abstrahiert.

Das jMonkeyEngine SDK

Lizenziert ist jMonkeyEngine unter der BSD-Lizenz und damit freie Software. Der Quelltext kann über GitHub bezogen werden. Die offizielle Seite des Projektes ist unter jmonkeyengine.org zu finden.

Probleme bei der Testausführung unter IntelliJ IDEA

Bei der Ausführung bestimmer Testfälle mittels JUnit kann es unter IntelliJ IDEA zu folgender Fehlermeldung kommen:

Error running ‘ConverterTest’: Command line is too long. Shorten command line for ConverterTestor also for JUnit default configuration.

Hintergrund für diesen Fehler ist das Problem, das die Kommandozeile zur Ausführung des Tests zu lang wird. Dies kann durch Beschränkungen des Betriebssystems passiere. IntelliJ IDEA versucht nun die Kommandozeile zu kürzen, um eine Ausführung zu ermöglichen.

Über die Konfiguration kann der Fehler behoben werden

Behoben werden kann das Problem über die Konfiguration des Testes. Dazu sollte der Run/Debug Configuration-Dialog geöffnet werden. Dort sollte im Tab Configuration unter dem Punkt Shorten command line der Punkt JAR manifest ausgewählt werden. Anschließend sollte der Test ohne Probleme durchgeführt werden können.