Terminal-Bibliothek für Java

Für ein kleines Projekt wollte ich eine Visualisierung in der Konsole bzw. im Terminal unter Java realisieren. Das Problem ist das bei der Visualisierung, je nach verwendetem Terminal, bestimmte Operationen nicht verfügbar sind. Dies fängt schon beim Löschen des Bildschirmes an. Je nach Art des Terminals bzw. Betriebssystem kann es hier unterschiedliche Ansätze geben, um dieses Problem zu lösen. Abhilfe bei diesen Problemen schafft die Bibliothek Lanterna.

Lanterna in Aktion

Laterna liefert die Möglichkeit Text-Schnittstellen und GUIs zu bauen, unabhängig vom verwendeten Terminal. Damit ähnelt sie der C-Bibliothek ncurses. Die Bibliothek ist in der Lage festzustellen, auf welcher Art Terminal sie läuft und kann somit die Ausgabe entsprechend anpassen. So werden z.B. Unix-Steuercodes genutzt, wenn das Terminal diese unterstützt. Nach der Einbindung per Maven:

<dependency>
    <groupId>com.googlecode.lanterna</groupId>
    <artifactId>lanterna</artifactId>
    <version>3.0.1</version>
</dependency>

kann die Nutzung der Bibliothek beginnen. Im ersten Schritt sollte eine Instanz der Klasse Terminal angelegt werden:

Terminal terminal = new DefaultTerminalFactory().createTerminal();

Dies übernimmt die DefaultTerminalFactory. Sie sorgt dafür, dass das passende Terminal ausgewählt wird. Nun können Zeichen auf das Terminal geschrieben werden:

terminal.clearScreen();
terminal.putCharacter('a');

Hier wird das Terminal erst bereinigt und anschließend das Zeichen a auf das Terminal geschrieben. Neben der direkten Arbeit mit dem Terminal, liefert Lanterna eine Abstraktionsschicht namens Screen mit, mit welcher das Terminal wie ein pixelbasiertes Gerät angesprochen werden kann. Neben der Ausgabe beherrscht die Bibliothek die Eingabe. Mittels:

KeyStroke keyStroke = terminal.pollInput();

wird die aktuelle gedrückte Taste abgefragt. Diese Methode arbeitet nicht-blockierend. Für den Fall das eine blockierende Methode benötigt wird, eignet sich die Methode:

KeyStroke keyStroke = terminal.readInput();

Damit lassen sich mithilfe der Bibliothek komplexe Anwendungen auf dem Terminal umsetzen. Wenn die Anwendung beendet werden soll, muss das Terminal mittels:

terminal.close();

geschlossen werden. Der Quelltext der Bibliothek ist auf GitHub zu finden. Er ist unter der LGPL lizenziert und damit freie Software.

Benchmarking mit dem JMH-Framework

Benchmarking unter Java hat mit einigen Problemen zu kämpfen. So optimiert die Java-Laufzeitumgebung den Quellcode, je nachdem wie oft er benutzt wird. Wenn nun kleinere Dinge getestet werden sollen, wie z.B. ob Methode A oder B besser funktioniert so wird dies problematisch. Am Anfang würde besagte Methoden nur interpretiert werden, anschließend würden sie bei häufiger Benutzung kompiliert werden und bei noch häufigerer Benutzung weiter optimiert werden. Daneben kann es passieren dass der Benchmark komplett wegoptimiert wird, da die JVM unter Umständen erkennt, dass die genutzten Werte bzw. die Ergebnisse des Benchmarks später nicht mehr genutzt werden.

Die offizielle Seite des Java Microbenchmark Harness-Framework

Damit sich ein Entwickler nicht immer und immer wieder mit solchen Problemen beim Benchmarking herumschlagen muss, wird seit einigen Jahren im Rahmen des OpenJDK-Projektes an dem Java Microbenchmark Harness-Framework gearbeitet. Das JMH-Framework nimmt dem Entwickler viele Aufgaben ab, um diese Probleme zu lösen. So kann bzw. wird die JVM durch JMH aufgewärmt werden und auch die Messung der Zeiten übernimmt JMH. Um JMH zu nutzen, müssen die entsprechenden Abhängigkeiten (in diesem Fall über die Maven-POM-Datei) dem Projekt hinzugefügt werden:

<dependency>
	<groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
	<artifactId>jmh-core</artifactId>
	<version>1.21</version>
</dependency>
<dependency>
	<groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
	<artifactId>jmh-generator-annprocess</artifactId>
	<version>1.21</version>
</dependency>

Sind die Abhängigkeiten eingebunden, kann mit dem eigentlichen Aufbau des Benchmarks begonnen werden. Jede Methode, welche ein Benchmark durchführen möchte, muss mit der @Benchmark-Annotation gekennzeichnet werden:

@Benchmark
public int addInts() {
    return aInt + bInt;
}

Die Klasse, in welcher die Benchmarks definiert sind, muss mit einigen weiteren Annotationen ausgestattet werden:

@State(Scope.Benchmark)
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.MILLISECONDS)
public class AddingBenchmark {
...

Die @State(Scope.Benchmark)-Annotation in diesem Beispiel sorgt dafür das die Felder im Rahmen des Benchmarks für die Benchmark-Methoden zur Verfügung stehen. Mit der @BenchmarkMode-Annotation wird definiert, welche Art von Messung vorgenommen werden soll. In diesem Fall wird die durchschnittliche Zeit für eine einzelne Operation gemessen und ausgegeben. Über die @OutputTimeUnit-Annotation wird definiert wie die Zeiten für die Messungen ausgegeben werden. Werden für den Benchmark Daten benötigt so können sie über eine Methode, welche mit der @SetupAnnotation versehen wird, erzeugt werden:

@Setup
public void setup() {
    ...
}

Die setup-Methode wird damit vor dem eigentlichen Benchmark ausgeführt und somit können benötigte Daten dort erzeugt werden. Damit der Benchmark nun ausgeführt werden kann muss das Java Microbenchmark Harness-Framework angestartet werden. Dafür wird eine Klasse geschrieben und mit einer main-Methode versehen:

package net.seeseekey.JavaBenchmark;

import org.openjdk.jmh.runner.RunnerException;

import java.io.IOException;

public class Runner {

    public static void main(String[] args) throws IOException, RunnerException {
        
        org.openjdk.jmh.Main.main(args);
    }
}

Über die main-Methode wird die main-Methode des Frameworks gestartet und damit wird das Benchmark durchgeführt. Alternativ kann die Methode org.openjdk.jmh.Main.main auch direkt in der Maven-POM-Datei als Startklasse definiert werden:

<plugin>
    <artifactId>maven-assembly-plugin</artifactId>
    <version>3.1.0</version>
    <configuration>
        <archive>
            <manifest>
                <mainClass>org.openjdk.jmh.Main.main</mainClass>
            </manifest>

Nachdem der Benchmark implementiert ist, kann dieser natürlich über die IDE ausgeführt werden. Das würde allerdings nicht ganz der Intention von JMH entsprechen. Stattdessen sollte eine JAR aus dem Projekt erzeugt werden und diese, auf einem möglichst unbelastetem System, über die Konsole ausgeführt werden:

java -jar benchmark.jar

Damit wird der Benchmark über JMH ausgeführt. JMH beginnt mit einer Warmup-Phase und führt anschließend den eigentlichen Benchmark durch. Nach einigen Minuten erhält der Entwickler die Auswertung des Benchmark:

Benchmark                                 Mode  Cnt   Score    Error  Units
JavaBenchmark.AddingBenchmark.addDoubles  avgt   25  ≈ 10⁻⁵           ms/op
JavaBenchmark.AddingBenchmark.addInts     avgt   25  ≈ 10⁻⁵           ms/op

In diesem Fall sieht der Entwickler bei der Ausgabe, dass die Ausgabeeinheit für die Zeit mit Millisekunden zu grob gewählt wurde und stattdessen besser Nanosekunden genutzt werden sollten.

Java-Bibliothek für den Zugriff auf die MediaWiki-API

Bibliotheken um die MediaWiki-API anzusteuern gibt es wie Sand am Meer. Bei soviel Auswahl fällt es natürlich schwer eine passende und funktionale Bibliothek zu finden. Für Java habe ich mittlerweile die Bibliothek JWBF (kurz für Java Wiki Bot Framework) für mich entdeckt. Die Bibliothek kann einfach per Maven eingebunden werden:

<dependency>
	<groupId>net.sourceforge</groupId>
	<artifactId>jwbf</artifactId>
	<version>3.1.1</version>
</dependency>

Anschließend kann eine MediaWiki-Seite ohne Probleme bezogen werden:

MediaWikiBot wikiBot = new MediaWikiBot("https://wiki.example.org/");
Article article = wikiBot.getArticle("Artikelname");
System.out.println(article.getText());

Auch das Anlegen von Artikeln ist kein Problem:

MediaWikiBot wikiBot = new MediaWikiBot("https://wiki.example.org/");

Article article = new Article(wikiBot, "Test");
article.addText("Lorem ipsum dolor sit amet.");

wikiBot.login("Nutzername", "Passwort");
article.save();

Der Quelltext der Bibliothek ist auf GitHub zu finden. Lizenziert ist die Bibliothek unter der Apache License in der Version 2.0 und damit freie Software.

Maven-Repository in Eigenregie hosten

Wenn mittels Maven eine Abhängigkeit zur pom.xml-Datei, wie in folgendem Beispiel, hinzugefügt wird:

<dependency>
	<groupId>org.slf4j</groupId>
	<artifactId>slf4j-api</artifactId>
	<version>1.7.26</version>
</dependency>

versucht Maven diese Abhängigkeit von Maven Central, dem zentralen Repository, zu beziehen. Es ist allerdings möglich Abhängigkeiten aus anderen Repositories zu beziehen. Dazu muss der repositories-Block zur pom.xml hinzugefügt werden.

<repositories>
	<repository>
		<id>example</id>
		<url>https://repository.example.org</url>
	</repository>
</repositories>

Aus Nutzersicht ist die Konfiguration von Maven damit erledigt. Soll ein solches Maven-Reposity aufgesetzt werden, ist dies relativ einfach möglich. Dazu wird ein Verzeichnis per HTTP über den Webserver Nginx ausgeliefert. Innerhalb dieses Verzeichnisses wird ein gesicherter Ordner erstellt, welcher über WebDAV erreicht werden kann. Die entsprechende Nginx-Konfiguration sieht für diesen Fall wie folgt aus:

server {
        listen   443 ssl;
        listen [::]:443 ssl;

        ssl_certificate /etc/letsencrypt/live/repository.example.org/fullchain.pem;
        ssl_certificate_key /etc/letsencrypt/live/repository.example.org/privkey.pem;

        root /var/www/example/repository;

        server_name repository.example.org;

        location / {
                autoindex     on;
        }

        location /upload {
                dav_methods     PUT DELETE MKCOL COPY MOVE;
                dav_ext_methods   PROPFIND OPTIONS;

                dav_access    user:rw group:rw all:rw;

                create_full_put_path  on;

                autoindex     on;

                auth_basic "restricted";
                auth_basic_user_file /var/www/example/repository/upload/.htpasswd;
        }
}

Die .htpasswd-Datei, welche für die Authentifizierung benötigt wird, kann mit dem Tool htpasswd erstellt werden:

htpasswd -c .htpasswd nutzer1

Bei der Nutzung wird das gewünschte Passwort erfragt. Soll ein weiterer Nutzer hinzugefügt werden, so muss der Parameter -c entfernt werden:

htpasswd .htpasswd nutzer2

Anschließend wird die Konfiguration von Nginx mittels:

service nginx reload

aktualisiert. Danach kann WebDAV für die Ressource verwendet werden. In der pom.xml-Datei für das Projekt, welches ein Artefakt für das Repository erzeugt, wird der build-Bereich erweitert und der distributionManagment-Bereich hinzugefügt:

            </plugin>
        </plugins>
        <extensions>
            <extension>
                <groupId>org.apache.maven.wagon</groupId>
                <artifactId>wagon-webdav-jackrabbit</artifactId>
                <version>3.2.0</version>
            </extension>
        </extensions>
    </build>
    <distributionManagement>
        <repository>
            <id>example</id>
            <url>dav:https://repository.example.org/upload/</url>
            <layout>default</layout>
        </repository>
    </distributionManagement>
</project>

Im Extension-Bereich wird das Wagon-Plugin für WebDAV aktiviert. Dieses sorgt dafür das die Artefakte per WebDAV zum Repository hochgeladen werden. In dem distributionManagment-Bereich wird die WebDAV-URL definiert. Wenn nun ein:

mvn deploy

durchgeführt wird, wird dies allerdings nicht funktionieren. Hintergrund ist das der upload-Ordner per Basic authentication geschützt ist. Die Zugangsdaten für diese Authentifikation müssen noch hinterlegt werden. Natürlich werden diese nicht in der pom.xml hinterlegt, da dies aus Gründen der Sicherheit keine gute Idee wäre. Stattdessen werden die Daten in der settings.xml hinterlegt. Diese befindet sich im Pfad:

~/.m2/settings.xml

In dieser Datei wird eine server-Sektion mit den Zugangsdaten hinzugefügt:

<settings>
	<servers>
		<server>
			<id>example</id>
			<username>example</username>
			<password>password</password>
		</server>
	</servers>
</settings>

Anschließend kann das Artefakt erfolgreich mittels:

mvn deploy

in das Repository hochgeladen werden. Problematisch ist das sich die Daten nur im upload-Verzeichnis und nicht im eigentlichen Verzeichnis des Repository liegen. Zur Lösung hierfür wird ein Cronjob, im Kontext des Nutzers www-data, angelegt:

sudo -u www-data crontab -e

Ziel des Cronjobs ist es die Daten aus dem upload-Verzeichnis regelmäßig in das eigentliche Verzeichnis des Repository zu kopieren:

*/5  *    * * *   cp /var/www/example/repository/upload/* /var/www/example/repository/ -r

Damit wird alle 5 Minuten der Inhalt des uploadVerzeichnisses in das Repository kopiert. Ein Verschieben kann leider nicht durchgeführt werden, da die Metadaten beim jeden Deployment von Maven eingelesen werden und erweitert werden. Hier könnten Optimierungen durchgeführt werden, so das alle Dateien bis auf die Metadaten verschoben werden. Soll ein nicht öffentliches Repository erstellt werden, kann auf den zusätzlichen upload-Ordner verzeichnet werden und das Hauptverzeichnis selber per WebDAV befüllt werden. So lange die Zugangsdaten für den Server in der settings.xml-Datei hinterlegt sind, können seitens Maven die entsprechenden Artefakte bezogen werden.

Ausführbare jar-Datei mittels Maven generieren

Für bestimmte Java-Projekte ist es durchaus praktisch als Ergebnis eine jar-Datei inklusive der benötigten Abhängigkeiten zu generieren. So kann das Projekt in Form einer einzelnen Datei unkompliziert ausgeliefert werden. Mittels Maven lässt sich dies relativ einfach bewerkstelligen. Dabei wird eine Basis-POM (pom.xml) benötigt, in welcher das Plugin maven-assembly-plugin konfiguriert wird:

<plugin>
	<artifactId>maven-assembly-plugin</artifactId>
	<version>3.1.0</version>
	<configuration>
		<archive>
			<manifest>
				<mainClass>com.example.webservice.Webservice</mainClass>
			</manifest>
		</archive>
		<descriptorRefs>
			<descriptorRef>jar-with-dependencies</descriptorRef>
		</descriptorRefs>
	</configuration>
</plugin>

Soll nach erfolgter Entwicklung die jar-Datei mit den Abhängigkeiten erzeugt werden, muss das Kommando:

mvn clean compile assembly:single

genutzt werden. Damit das Ganze auch beim gewöhnlichen:

mvn package

funktioniert, muss die pom.xml angepasst werden. Dabei wird zur Plugin-Definition ein executions-Block hinzugefügt, welcher dafür sorgt das dass Ziel single auch während der Phase package ausgeführt wird. Die komplette pom.xml sieht dann wie folgt aus:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <groupId>com.example</groupId>
    <artifactId>webservice</artifactId>
    <version>1.0.0</version>

    <properties>
        <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
        <project.reporting.outputEncoding>UTF-8</project.reporting.outputEncoding>
    </properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>com.google.code.gson</groupId>
            <artifactId>gson</artifactId>
            <version>2.8.5</version>
        </dependency>
    </dependencies>

    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
                <version>3.7.0</version>
                <configuration>
                    <source>8</source>
                    <target>8</target>
                </configuration>
            </plugin>
            <plugin>
                <artifactId>maven-assembly-plugin</artifactId>
                <version>3.1.0</version>
                <configuration>
                    <archive>
                        <manifest>
                            <mainClass>com.example.webservice.Webservice</mainClass>
                        </manifest>
                    </archive>
                    <descriptorRefs>
                        <descriptorRef>jar-with-dependencies</descriptorRef>
                    </descriptorRefs>
                </configuration>
                <executions>
                    <execution>
                        <id>make-assembly</id>
                        <phase>package</phase>
                        <goals>
                            <goal>single</goal>
                        </goals>
                    </execution>
                </executions>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>
</project>

Alle im dependencies-Block verwendeten Abhängigkeiten, werden somit in die jar-Datei übernommen.