Sistemas Concorrentes com CSP e Java

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Sistemas Concorrentes com CSP e Java
GENTe

• Sérgio Soares

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Objetivos

• Aproximar especificações de programas
• gerar código automaticamente a partir de
  especificações

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Motivação

• Object-Z
• linguagem de especificação de alto nível
• CSP
• oferece poderosos suportes formais para projeto
  de sistemas distribuídos, logo concorrentes
• Java
• difundida linguagem de implementação que da
  suporte à distribuição e concorrência.

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Concorrência em Java

• Monitores
• comandos
• synchronized
• wait
• notify, notifyAll
• qualificador
• synchronized

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Concorrência em Java
class Conta ... synchronized void
credito(double v) saldo saldo v
notifyAll() synchronized void
debito(double v) while (saldo lt v)
wait() saldo saldo - v
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CSP

• Interação e comunicação entre processos por meio
  de eventos
• Descrição da ordem de processamento
• sincronização total, parcial e interleaving
• Automatic model checking
• FDR
• Especificação formal de processos concorrentes
  e/ou distribuídos

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CSP

• Conta(n,s) credito.n?v -gt Conta(n,sv)
• debito.n?v -gt if(s gt v) then
  Conta(n,s-v)
• 
  else Conta(n,0)
• saldo.n!s -gt Conta(n,s)
• Banco Conta(1, 1000) Conta(2, 500)

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Jass - Java with assertions

• Assertions descrevem propriedades que devem ser
  verdadeiras em determinados pontos da execução do
  programa
• Especificação formal como parte da linguagem
• Especificação documentada no código
• Pré e pós condições, invariantes e variantes...

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Jass - Java with assertions
class Conta ... public void
debito(double v) / require saldo gt
v / // ... / ensure
changeonlysaldo
Old.saldo saldo v /
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Z
Banco
contas NUMERO ? VALOR
Credito
?Banco c? NUMERO v? VALOR c? ? dom
contas contas contas ? c? ? ((contas c?)v?)
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Especificação

• CSP-OZ / CSP-Z
• Z
• dados, alterações no estado
• CSP
• comunicação entre processos/sistemas,
  concorrência, ordem de execução

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CSP-OZ
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CSP-OZ
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TTT Distribuído
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CSP-OZ ? Jass

• CSP-OZ deve ter tipos de dados compatíveis com os
  de Java para automatizar a geração de código
  (assertions e assinatura dos métodos)
• O corpo dos métodos deve ser implementado
  manualmente

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CSP-OZ ? Jass
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CSP-OZ-Jass
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CSP-OZ-Jass-Java

• Não garante corretude (matemática) da
  implementação
• implementação não é automática

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Limitações

• Número limitado de canais de comunicação
• Não descreve sistemas com estruturas de
  comunicação dinâmicas
• Deve trabalhar com fully synchronized threads
  (dois threads não executam um mesmo método ao
  mesmo tempo)
• o mecanismo de comunicação de CSP é síncrono

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Trabalhos futuros

• Uma extensão de UML
• linguagem de predicados como Object-Z
• semântica formal precisa substituindo CSP-OZ
• Uma ligação mais próxima de especificações em UML
  com programas
• Pode solucionar a limitação de CSP-OZ em não
  lidar com estruturas de comunicação dinâmicas
• Tornar Jass parte da linguagem Java oficial

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Referências

• Jass Java with assertions, May 1999.
  http//semantik.informatik.uni-oldenburg.de/jass.
  
• A. W. Roscoe. The Theory and Practice of
  Concurrency. Prentice-Hall, 1997.
• Clemens Fischer. Software Development with
  Object-Z, CSP and Java A Pragmatic Link from
  Formal Specifications to Programs.
• Doug Lea. Concurrent Programming in Java.