Implement simulated core download manager multithreading logic

This commit is contained in:
2026-06-27 13:24:03 +03:30
parent 9e5c715088
commit 45c3e4dd8f
4 changed files with 88 additions and 244 deletions
+36 -185
View File
@@ -1,202 +1,53 @@
# Eighth Assignment: Multithreading Basics
<div dir="rtl">
## Table of contents
- [Introduction](#introduction)
- [Objectives 🎯](#objectives-)
- [Theoretical Questions 📝](#theoretical-questions-)
- [Practical Questions 💻](#practical-questions-)
- [Evaluation ⚖️](#evaluation-)
- [Submission ⌛](#submission-)
- [Additional Resources 📚](#additional-resources-)
# گزارش پروژه هشتم - برنامه‌نویسی پیشرفته
## Important Note:
This project is configured as a **Maven project**. If you're opening this project in an IDE (like IntelliJ IDEA or VS Code), please ensure you import it as a Maven project so that dependencies and build settings are recognized automatically.
To run the project from the command line, use:
```bash
mvn compile
mvn exec:java -Dexec.mainClass="Main"
```
## Introduction
Welcome to your Eighth Advanced Programming (AP) Assignment. This project is divided into two main sections:
1. **Theoretical Questions**: Analyze key multithreading concepts (Start vs Run, Daemon threads, and Lambdas).
2. **Practical Questions**: Implement a **Simulated Download Manager**. You will use Java Threads to simulate downloading a file in multiple chunks concurrently.
> **⚠️ Note:** This is a **local simulation only**. There is no actual network activity, URL connection, or socket programming involved. The goal is to practice thread management and state observation.
## Objectives 🎯
By completing this assignment, you will:
- Apply **multithreading** basics using the `Thread` class and `Runnable` interface.
- Understand how to manage multiple worker threads performing independent tasks.
- Implement a monitor thread to observe the progress of other threads.
- Practice using `start()` and `join()` for thread lifecycle management.
## Theoretical Questions 📝
**Note: Please answer these questions in a Markdown file (Report.md) and place it in the root directory of your fork. Include code or screenshots where you see fit.**
### 1. `start()` vs `run()`
```java
public class StartVsRun {
static class MyRunnable implements Runnable {
public void run() {
System.out.println("Running in: " + Thread.currentThread().getName());
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(new MyRunnable(), "Thread-1");
System.out.println("Calling run()");
t1.run();
Thread.sleep(100);
Thread t2 = new Thread(new MyRunnable(), "Thread-2");
System.out.println("Calling start()");
t2.start();
}
}
```
**Questions:**
- What output do you get from the program? Why?
- Whats the difference in behavior between calling `start()` and `run()`?
---
### 2. Daemon Threads
```java
public class DaemonExample {
static class DaemonRunnable implements Runnable {
public void run() {
for(int i = 0; i < 20; i++) {
System.out.println("Daemon thread running...");
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
//[Handling Exception...]
}
}
}
}
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread(new DaemonRunnable());
thread.setDaemon(true);
thread.start();
System.out.println("Main thread ends.");
}
}
```
**Questions:**
- What output do you get from the program? Why?
- What happens if you remove `thread.setDaemon(true)`?
- What are some real-life use cases of daemon threads?
---
### 3. A shorter way to create threads
```java
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread(() -> {
System.out.println("Thread is running using a ...!");
});
thread.start();
}
}
```
**Questions:**
- What output do you get from the program?
- What is the `() -> { ... }` syntax called?
- How is this code different from creating a class that extends `Thread` or implements `Runnable`?
## Practical Questions 💻
### Simulated Download Manager
You are tasked with completing a skeleton project for a download manager. The application reads a configuration file, splits a "file" into several chunks, and assigns each chunk to a dedicated worker thread.
#### 🏗 Project Structure
- `src/main/resources/download_config.txt`: Contains simulation parameters (file size, chunk count, delays).
- `DownloadWorker.java`: The logic for simulating a chunk download (needs implementation).
- `ProgressMonitor.java`: A thread that periodically prints the total progress (needs implementation).
- `Main.java`: The entry point that initializes chunks, starts threads, and waits for completion.
- `ChunkStatus.java`: Data class holding the state of individual chunks.
#### 🛠 What You Need to Do
In the provided source code, look for **`// TODO`** comments. You must:
1. **Implement `DownloadWorker`**:
- Record start/end times for each chunk.
- Use a loop to simulate progress based on the random delays and step sizes provided in the config.
- Update the shared `ChunkStatus` object so the monitor can see progress.
2. **Implement `ProgressMonitor`**:
- Periodically calculate the total downloaded megabytes across all chunks.
- Exit gracefully once all chunks are marked as completed.
3. **Complete `Main`**:
- Properly instantiate and `start()` the worker threads and the monitor thread.
- Use `join()` to ensure the main thread waits for all workers to finish before printing the final report.
#### ⚙️ Configuration
The simulation behavior is controlled by `src/main/resources/download_config.txt`. You can modify these values to test different scenarios (e.g., more chunks or faster/slower speeds).
**نام دانشجو:** امیرعلی امیری
**درس:** برنامه‌نویسی پیشرفته (AP)
---
## Bonus Tasks 🌟
- Download Speed and ETA:
- Calculate and display the current overall download speed during the simulation.
- Estimate and show the remaining time (ETA) based on the current progress and speed.
## بخش اول: مقایسه `start()` و `run()`
- User Interface (UI):
- Improve the console output or design a simple UI that presents download progress in a cleaner and more intuitive way.
- Make the simulation easier to follow by showing chunk activity, total progress, and final results in a user-friendly format.
### ۱. خروجی برنامه و دلیل آن
* **خروجی فراخوانی `t1.run()`:** عبارت `Running in: main`
* **خروجی فراخوانی `t2.start()`:** عبارت `Running in: Thread-2`
- Real-Time Progress Bar:
- Implement a real-time progress bar that updates in place instead of printing a new line each time.
- Show smooth progress growth in the console so the output looks more like a real download manager.
**دلیل:** هنگام فراخوانی مستقیم متد `t1.run()`، نخ (Thread) جدیدی ساخته نمی‌شود؛ به همین دلیل کدهای درون این متد مانند یک متد معمولی و به صورت خط‌به‌خط، داخل همان نخ فعلی (یعنی نخ `main`) اجرا می‌شوند.
اما با فراخوانی متد `t2.start()`، به ماشین مجازی جاوا (JVM) درخواست داده می‌شود تا یک نخ کاملاً جدید و مستقل ایجاد کند. پس از ایجاد این نخ، متد `run()` درون آن و به صورت موازی با نخ اصلی اجرا خواهد شد.
- Sequential vs Multithreaded Comparison:
- Add a mode to simulate downloading chunks sequentially (one after another) and compare it with the multithreaded version.
- Measure and report the total execution time of both approaches, and briefly analyze the difference in performance.
### ۲. تفاوت رفتاری
* **متد `start()`:** به صورت غیرهمگام (Asynchronous) عمل می‌کند. این متد با ایجاد یک Call Stack مجزا برای نخ جدید، امکان اجرای هم‌زمان وظایف مختلف را فراهم می‌سازد.
* **متد `run()`:** به صورت همگام (Synchronous) عمل می‌کند و رفتار آن کاملاً مشابه یک متد عادی است؛ در نتیجه، نخ فعلی را تا زمان اتمام اجرای کدهای خود متوقف (Block) می‌کند.
## Evaluation ⚖️
---
Your work will be evaluated based on:
## بخش دوم: نخ‌های پس‌زمینه (Daemon Threads)
- **Thread Management**: Correct use of `start()` and `join()`.
- **Simulation Logic**: Correct implementation of the loops and random delays in the worker threads.
- **Thread Safety**: Following the constraint of each worker only writing to its own assigned object.
- **Code Quality**: Readable code and proper use of Java conventions.
### ۱. خروجی برنامه و دلیل آن
* **خروجی:** معمولاً برنامه تنها با چاپ خط `Main thread ends.` پایان می‌یابد.
**Total: 500 points**
- 🧠 Theoretical Questions 150 points
- 💻 Practical Task (Download Manager) 350 points
**دلیل:** در جاوا، به محض اتمام کار تمامی نخ‌های کاربر (User Threads یا همان نخ‌های غیر دیمن)، ماشین مجازی جاوا (JVM) به طور خودکار بسته می‌شود. از آنجا که نخ `main` بلافاصله پس از فعال‌سازی نخ دیمن به پایان می‌رسد، JVM نیز کار برنامه را خاتمه می‌دهد و منتظر کامل شدن حلقه نخ دیمن نمی‌ماند.
## Submission ⌛
### ۲. حذف خط `thread.setDaemon(true)`
در صورت حذف این خط، نخ به یک نخ کاربر معمولی تبدیل می‌شود. در این حالت، حتی پس از اتمام کار نخ `main`، ماشین مجازی جاوا روشن باقی می‌ماند و منتظر می‌شود تا این نخ تمام ۲۰ دور حلقه خود را (که حدود ۱۰ ثانیه زمان می‌برد) به طور کامل اجرا کند.
1. Add your mentor as a contributor to the project.
2. Create a `develop` branch for implementing features.
3. Use Git for regular code commits.
4. Push your code and the answers file (Report.md) to the remote repository.
5. Submit a pull request to merge the `develop` branch with `main`.
### ۳. کاربردهای واقعی نخ‌های Daemon
* **سیستم زباله‌روبی جاوا (Garbage Collection):** مدیریت و آزاد‌سازی حافظه بلااستفاده در پس‌زمینه برنامه.
* **نخ‌های مانیتورینگ:** بررسی مداوم وضعیت سلامت و میزان مصرف منابع سیستم در پس‌زمینه.
* **سیستم ذخیره خودکار (Auto-Save):** ذخیره‌سازی دوره‌ای اطلاعات در بازی‌ها یا نرم‌افزارهای ویرایشگر، بدون ایجاد وقفه در جریان اصلی برنامه.
**Deadline:** **Friday, June 5** (15th of Khordad)
---
## Additional Resources 📚
## بخش سوم: روش کوتاه‌تر برای ساخت نخ‌ها (Lambda Expression)
- [Java Concurrency and Multithreading](https://jenkov.com/tutorials/java-concurrency/index.html)
- [Creating and Starting Java Threads](https://jenkov.com/tutorials/java-concurrency/creating-and-starting-threads.html)
- [Thread.join() explained](https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/Thread.html#join--)
### ۱. خروجی برنامه
* **خروجی:** عبارت `Thread is running using a ...!` در کنسول چاپ می‌شود.
### ۲. نام این سینتکس
به سینتکس `() -> { ... }` اصطلاحاً **Lambda Expression** (عبارت لمبدا) می‌گویند.
### ۳. تفاوت با روش‌های سنتی
در روش‌های سنتی باید یک کلاس مجزا به صورت مشتق‌شده از `Thread` ایجاد می‌کردیم یا اینترفیس `Runnable` را از طریق یک کلاس جداگانه یا بی‌نام (Anonymous Class) پیاده‌سازی می‌نمودیم. اما با استفاده از عبارت لمبدا، نیازی به نوشتن این کدهای تکراری و اضافی نیست و می‌توان پیاده‌سازی تنها متد انتزاعی اینترفیس (یعنی متد `run`) را به صورت مستقیم و خلاصه به سازنده کلاس `Thread` پاس داد. این کار خوانایی کد را افزایش می‌دهد، در حالی که عملکرد آن در پشت صحنه هیچ تفاوتی با روش‌های گذشته ندارد.
</div>