Zadanie zaliczeniowe 1: Współbieżna kostka
Wprowadzenie
Kostka Rubika to sześcian złożony z ruchomych sześciennych bloków.

Ściany kostki dzielą się kolorowe kwadraty, należące do poszczególnych bloków. Kwadraty uporządkowane są w wiersze i kolumny. W ułożonej kostce wszystkie kwadraty danej ściany pokryte są jednym kolorem, dla każdej ściany innym.

Blok należy do trzech prostopadłych warstw kostki. Bloki można przemieszczać, obracając warstwy o wielokrotność kąta prostego.

Konstrukcja kostki pozwala na jednoczesne obracanie warstw, które nie mają wspólnych bloków.

Polecenie
Zaimplementuj kostkę umożliwiającą współbieżne wykonywanie operacji obrócenia warstwy i pokazania aktualnego stanu kostki (7 pkt).

Napisz klasę testów jednostkowych kostki (3 pkt).

Rozwiązanie ma być zgodne z poniższą specyfikacją.

Implementacja kostki
W rozwiązaniu zadania jest pakiet concurrentcube z implementacją kostki za pomocą klasy:

package concurrentcube;

import java.util.function.BiConsumer;
...

public class Cube {

    public Cube(int size,
            BiConsumer<Integer, Integer> beforeRotation,
            BiConsumer<Integer, Integer> afterRotation,
            Runnable beforeShowing,
            Runnable afterShowing) {
        ...
    }

    public void rotate(int side, int layer) throws InterruptedException {
        ...
    }

    public String show() throws InterruptedException {
        ...
    }

    ...

}
Konstruktor Cube(size, beforeRotation, afterRotation, beforeShowing, afterShowing) tworzy ułożoną kostkę rozmiaru size. Parametr size oznacza długość boku kostki mierzoną liczbą kwadratów.

Argumenty typu BiConsumer<Integer, Integer> i Runnable to akcje wywoływane podczas operacji na kostce. Zakładamy, że nie korzystają one z metod klasy Cube.

Akcja beforeRotation może np. uruchomić ramię robota manipulującego fizyczną kostką a afterRotation może zaczekać, aż robot zakończy obracanie warstwy.

Metoda rotate(side, layer) obraca o kąt prosty, zgodnie z ruchem wskazówek zegara, warstwę kostki o numerze layer, patrząc od strony ściany side.

Argument side przyjmuje jedną z wartości: 0 (góra), 1 (lewo), 2 (przód), 3 (prawo), 4 (tył), 5 (dół).

Argument layer, dla kostki o rozmiarze size, przyjmuje wartość od 0 do size - 1.

Wszystkie zlecone obroty są wykonywane, nawet, jeśli anulują nawzajem swój wynik.

Bezpośrednio przed obrotem warstwy, gdy wątek doczeka się na możliwość wykonania tej operacji, metoda wywołuje akcję beforeRotation a bezpośrednio po obrocie wywołuje akcję afterRotation. Obu akcjom przekazuje jako argumenty wartości side i layer.

Metoda show() pokazuje stan kostki w postaci napisu złożonego z cyfr od '0' do '5'.

Cyfry reprezentują kolory kwadratów na ścianach. W ułożonej kostce kolor ściany numer s jest reprezentowany przez cyfrę o wartości s.

Opis kostki składa się z opisów ścian, uporządkowanych w kolejności rosnącego numeru. Dla każdej ściany podaje kolory kwadratów w poszczególnych wierszach, od góry do dołu, a w ramach wiersza, w kolumnach, od lewej do prawej.

Dla ściany lewej, przedniej, prawej i tylnej, kolory kwadratów mają kolejność taką, jaką zobaczymy po obrocie całej kostki o wielokrotność kąta prostego od strony ściany górnej lub dolnej.

Dla ściany górnej i dolnej kolejność jest taka, jaką zobaczymy po obrocie całej kostki o wielokrotność kąta prostego od strony ściany lewej lub prawej.

Bezpośrednio przed zbudowaniem opisu kostki, gdy wątek doczeka się na możliwość wykonania tej operacji, metoda wywołuje akcję beforeShowing a bezpośrednio po zbudowaniu opisu wywołuje akcję afterShowing.

Oprócz klasy Cube, w rozwiązaniu mogą być inne definicje, zarówno w pakiecie concurrentcube, jak i w pakietach pomocniczych.

Współbieżność implementacji
Rozwiązanie nie dopuszcza do zagłodzenia wątku.

Wykonanie metod rotate(side, layer) i show() nie jest wewnętrznie zrównoleglone. Całą operację realizuje wątek, który metodę wywołał.

Implementacja umożliwia współbieżne wykonywanie tych operacji na kostce, które ze sobą nie kolidują. Nie pozwala na pokazanie kostki podczas obrotu ani na współbieżne obroty warstw mających wspólny blok.

Wynik metody show() jest zgodny ze scenariuszem, w którym obroty są wykonywane, w pewnej określonej kolejności, sekwencyjnie i niepodzielnie.

W przypadku przerwania wątku czekającego na wykonanie operacji, metody rotate(side, layer) i show() zgłaszają wyjątek InterruptedException. Po przerwaniu stan kostki pozostaje poprawny. Pozostałe wątki mogą normalnie kontynuować pracę.

Testy jednostkowe
W pakiecie concurrentcube rozwiązania, oprócz klasy Cube jest też klasa testów jednostkowych CubeTest, używająca JUnit w wersji 5.

Testy sprawdzają poprawność i współbieżność rozwiązania oraz obsługę przerwań.

Komentarze metod testujących wskazują, jakiego aspektu implementacji test dotyczy.

Wymagania techniczne
Rozwiązanie jest w wersji 11 języka Java. Kompiluje się kompilatorem javac i działa poprawnie na komputerze students.

Program korzysta tylko ze standardowych pakietów zainstalowanych na students.

Rozwiązanie wysłane na moodla jest w pliku ab123456.tar.gz, gdzie ab123456 to login na students.

W wysłanym pliku .tar.gz są katalogi pakietów z plikami źródłowymi .java.

Walidacja
Implementacja kostki podlega walidacji, wstępnie sprawdzającej zgodność ze specyfikacją. Rozwiązanie, które przechodzi pomyślnie walidację, jest dopuszczone do testów poprawności.

Na komputerze students, w katalogu walidacji, są:

pliki .tar.gz z rozwiązaniami,

plik validate.sh ,

plik Validate.java .

Polecenie:

sh validate.sh ab123456
waliduje rozwiązanie studenta o identyfikatorze ab123456. Komunikat OK informuje o sukcesie.