Как выполнить интенсивные вычисления в Java на виртуальной машине

Как создать приложение Java, которое выполняет задачу, требующую больших вычислительных ресурсов

1. На компьютере разработчика (который не обязательно должен быть виртуальной машиной, которую вы создали) загрузите Windows Azure SDK для Java .
2. Создайте консольное приложение Java, используя пример кода в конце этого раздела. В целях данного руководства мы будем использовать TSPSolver.java в качестве имени файла Java. Измените заполнители your_service_bus_namespace , your_service_bus_owner и your_service_bus_key, чтобы использовать пространство имен служебной шины , значения по умолчанию для эмитента и ключа по умолчанию , соответственно.
3. После кодирования экспортируйте приложение в работающий архив Java (JAR) и упакуйте необходимые библиотеки в сгенерированный JAR. Для целей данного руководства мы будем использовать TSPSolver.jar в качестве сгенерированного имени JAR.

// TSPSolver.java

import com.microsoft.windowsazure.services.core.Configuration;
import com.microsoft.windowsazure.services.core.ServiceException;
import com.microsoft.windowsazure.services.serviceBus.*;
import com.microsoft.windowsazure.services.serviceBus.models.*;
import java.io.*;
import java.text.DateFormat;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Date;
import java.util.List;

public class TSPSolver {

    //  Value specifying how often to provide an update to the console.
    private static long loopCheck = 100000000;  

    private static long nTimes = 0, nLoops=0;

    private static double[][] distances;
    private static String[] cityNames;
    private static int[] bestOrder;
    private static double minDistance;
    private static ServiceBusContract service;

    private static void buildDistances(String fileLocation, int numCities) throws Exception{
        try{
            BufferedReader file = new BufferedReader(new InputStreamReader(new DataInputStream(new FileInputStream(new File(fileLocation)))));
            double[][] cityLocs = new double[numCities][2];
            for (int i = 0; i<numCities; i++){
                String[] line = file.readLine().split(", ");
                cityNames[i] = line[0];
                cityLocs[i][0] = Double.parseDouble(line[1]);
                cityLocs[i][1] = Double.parseDouble(line[2]);               
            }
            for (int i = 0; i<numCities; i++){
                for (int j = i; j<numCities; j++){
                    distances[i][j] = Math.hypot(Math.abs(cityLocs[i][0] - cityLocs[j][0]), Math.abs(cityLocs[i][1] - cityLocs[j][1]));
                    distances[j][i] = distances[i][j];
                }
            }
        } catch (Exception e){
            throw e;
        }
    }

    private static void permutation(List<Integer> startCities, double distSoFar, List<Integer> restCities) throws Exception {

        try
        {
            nTimes++;
            if (nTimes == loopCheck)
            {
                nLoops++;
                nTimes = 0;
                DateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("MM/dd/yyyy HH:mm:ss");
                Date date = new Date();
                System.out.print("Current time is " + dateFormat.format(date) + ". ");
                System.out.println(  "Completed " + nLoops + " iterations of size of " + loopCheck + ".");
            }

            if ((restCities.size() == 1) && ((minDistance == -1) || (distSoFar + distances[restCities.get(0)][startCities.get(0)] + distances[restCities.get(0)][startCities.get(startCities.size()-1)] < minDistance))){
                startCities.add(restCities.get(0));
                newBestDistance(startCities, distSoFar + distances[restCities.get(0)][startCities.get(0)] + distances[restCities.get(0)][startCities.get(startCities.size()-2)]);
                startCities.remove(startCities.size()-1);
            }
            else{
                for (int i=0; i<restCities.size(); i++){
                    startCities.add(restCities.get(0));
                    restCities.remove(0);
                    permutation(startCities, distSoFar + distances[startCities.get(startCities.size()-1)][startCities.get(startCities.size()-2)],restCities);
                    restCities.add(startCities.get(startCities.size()-1));
                    startCities.remove(startCities.size()-1);
                }
            }
        }
        catch (Exception e)
        {
            throw e;
        }
    }

    private static void newBestDistance(List<Integer> cities, double distance) throws ServiceException, Exception {
        try 
        {
            minDistance = distance;
            String cityList = "Shortest distance is "+minDistance+", with route: ";
            for (int i = 0; i<bestOrder.length; i++){
                bestOrder[i] = cities.get(i);
                cityList += cityNames[bestOrder[i]];
                if (i != bestOrder.length -1)
                    cityList += ", ";
            }
            System.out.println(cityList);
            service.sendQueueMessage("TSPQueue", new BrokeredMessage(cityList));
        } 
        catch (ServiceException se) 
        {
            throw se;
        }
        catch (Exception e) 
        {
            throw e;
        }
    }

    public static void main(String args[]){

        try {

            Configuration config = ServiceBusConfiguration.configureWithWrapAuthentication(
                    "your_service_bus_namespace", "your_service_bus_owner", "your_service_bus_key");

            service = ServiceBusService.create(config);

            int numCities = 10;  // Use as the default, if no value is specified at command line. 
            if (args.length != 0) 
            {
                if (args[0].toLowerCase().compareTo("createqueue")==0)
                {
                    // No processing to occur other than creating the queue.
                    QueueInfo queueInfo = new QueueInfo("TSPQueue");

                    service.createQueue(queueInfo);

                    System.out.println("Queue named TSPQueue was created.");

                    System.exit(0);
                }

                if (args[0].toLowerCase().compareTo("deletequeue")==0)
                {
                    // No processing to occur other than deleting the queue.
                    service.deleteQueue("TSPQueue");

                    System.out.println("Queue named TSPQueue was deleted.");

                    System.exit(0);
                }

                // Neither creating or deleting a queue.
                // Assume the value passed in is the number of cities to solve.
                numCities = Integer.valueOf(args[0]);  
            }

            System.out.println("Running for " + numCities + " cities.");

            List<Integer> startCities = new ArrayList<Integer>();
            List<Integer> restCities = new ArrayList<Integer>();
            startCities.add(0);
            for(int i = 1; i<numCities; i++)
                restCities.add(i);
            distances = new double[numCities][numCities];
            cityNames = new String[numCities];
            buildDistances("c:\\TSP\\cities.txt", numCities);
            minDistance = -1;
            bestOrder = new int[numCities];
            permutation(startCities, 0, restCities);
            System.out.println("Final solution found!");
            service.sendQueueMessage("TSPQueue", new BrokeredMessage("Complete"));
        } 
        catch (ServiceException se) 
        {
            System.out.println(se.getMessage());
            se.printStackTrace();
            System.exit(-1);
        }        
        catch (Exception e) 
        {
            System.out.println(e.getMessage());
            e.printStackTrace();
            System.exit(-1);
        }
    }

}

Как создать приложение Java, которое отслеживает ход выполнения задачи, требующей большого объема вычислений

1. На компьютере разработчика создайте консольное приложение Java, используя пример кода в конце этого раздела. В целях данного руководства мы будем использовать TSPClient.java в качестве имени файла Java. Как и выше, измените пространство имен your_service_bus_name , your_service_bus_owner и your_service_bus_key, чтобы использовать пространство имен служебной шины , значения по умолчанию для эмитента и ключа по умолчанию , соответственно.
2. Экспортируйте приложение в работающий JAR и упакуйте необходимые библиотеки в сгенерированный JAR. В целях данного руководства мы будем использовать TSPClient.jar в качестве сгенерированного имени JAR.

// TSPClient.java

import java.util.Date;
import java.text.DateFormat;
import java.text.SimpleDateFormat;
import com.microsoft.windowsazure.services.serviceBus.*;
import com.microsoft.windowsazure.services.serviceBus.models.*;
import com.microsoft.windowsazure.services.core.*;

public class TSPClient 
{

    public static void main(String[] args) 
    {
            try
            {

                DateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("MM/dd/yyyy HH:mm:ss");
                Date date = new Date();
                System.out.println("Starting at " + dateFormat.format(date) + ".");

                String namespace = "your_service_bus_namespace";
                String issuer = "your_service_bus_owner";
                String key = "your_service_bus_key";

                Configuration config;
                config = ServiceBusConfiguration.configureWithWrapAuthentication(
                        namespace, issuer, key);

                ServiceBusContract service = ServiceBusService.create(config);

                BrokeredMessage message;

                int waitMinutes = 3;  // Use as the default, if no value is specified at command line. 
                if (args.length != 0) 
                {
                    waitMinutes = Integer.valueOf(args[0]);  
                }

                String waitString;

                waitString = (waitMinutes == 1) ? "minute." : waitMinutes + " minutes."; 

                // This queue must have previously been created.
                service.getQueue("TSPQueue");

                int numRead;

                String s = null;

                while (true)
                {

                    ReceiveQueueMessageResult resultQM = service.receiveQueueMessage("TSPQueue");
                    message = resultQM.getValue();

                    if (null != message && null != message.getMessageId())
                    {                        

                        // Display the queue message.
                        byte[] b = new byte[200];

                        System.out.print("From queue: ");

                        s = null;
                        numRead = message.getBody().read(b);
                        while (-1 != numRead)
                        {
                            s = new String(b);
                            s = s.trim();
                            System.out.print(s);
                            numRead = message.getBody().read(b);
                        }
                        System.out.println();
                        if (s.compareTo("Complete") == 0)
                        {
                            // No more processing to occur.
                            date = new Date();
                            System.out.println("Finished at " + dateFormat.format(date) + ".");
                            break;
                        }
                    }
                    else
                    {
                        // The queue is empty.
                        System.out.println("Queue is empty. Sleeping for another " + waitString);
                        Thread.sleep(60000 * waitMinutes);
                    }
                } 

        }
        catch (ServiceException se)
        {
            System.out.println(se.getMessage());
            se.printStackTrace();
            System.exit(-1);
        }
        catch (Exception e)
        {
            System.out.println(e.getMessage());
            e.printStackTrace();
            System.exit(-1);
        }

    }

}

Как запустить приложения Java

Запустите приложение, интенсивно использующее вычислительные ресурсы, сначала для создания очереди, а затем для решения проблемы Traveling Saleseman, которая добавит текущий лучший маршрут в очередь служебной шины. Во время работы приложения, интенсивно использующего вычислительные ресурсы (или после него), запустите клиент для отображения результатов из очереди служебной шины.

Как запустить ресурсоемкое приложение

1. Войдите в свою виртуальную машину.
2. Создайте папку, в которой вы будете запускать ваше приложение. Например, c: \ TSP .
3. Скопируйте TSPSolver.jar в c: \ TSP ,

4. Создайте файл с именем c: \ TSP \ towns.txt со следующим содержимым:

City_1, 1002.81, -1841.35
City_2, -953.55, -229.6
City_3, -1363.11, -1027.72
City_4, -1884.47, -1616.16
City_5, 1603.08, -1030.03
City_6, -1555.58, 218.58
City_7, 578.8, -12.87
City_8, 1350.76, 77.79
City_9, 293.36, -1820.01
City_10, 1883.14, 1637.28
City_11, -1271.41, -1670.5
City_12, 1475.99, 225.35
City_13, 1250.78, 379.98
City_14, 1305.77, 569.75
City_15, 230.77, 231.58
City_16, -822.63, -544.68
City_17, -817.54, -81.92
City_18, 303.99, -1823.43
City_19, 239.95, 1007.91
City_20, -1302.92, 150.39
City_21, -116.11, 1933.01
City_22, 382.64, 835.09
City_23, -580.28, 1040.04
City_24, 205.55, -264.23
City_25, -238.81, -576.48
City_26, -1722.9, -909.65
City_27, 445.22, 1427.28
City_28, 513.17, 1828.72
City_29, 1750.68, -1668.1
City_30, 1705.09, -309.35
City_31, -167.34, 1003.76
City_32, -1162.85, -1674.33
City_33, 1490.32, 821.04
City_34, 1208.32, 1523.3
City_35, 18.04, 1857.11
City_36, 1852.46, 1647.75
City_37, -167.44, -336.39
City_38, 115.4, 0.2
City_39, -66.96, 917.73
City_40, 915.96, 474.1
City_41, 140.03, 725.22
City_42, -1582.68, 1608.88
City_43, -567.51, 1253.83
City_44, 1956.36, 830.92
City_45, -233.38, 909.93
City_46, -1750.45, 1940.76
City_47, 405.81, 421.84
City_48, 363.68, 768.21
City_49, -120.3, -463.13
City_50, 588.51, 679.33

1. В командной строке измените каталоги на c: \ TSP.

2. Убедитесь, что папка bin JRE находится в переменной окружения PATH.

3. Вам нужно будет создать очередь служебной шины перед запуском перестановок решения TSP. Выполните следующую команду, чтобы создать очередь служебной шины:

java -jar TSPSolver.jar createqueue

1. Теперь, когда очередь создана, вы можете запустить перестановки решателя TSP. Например, выполните следующую команду, чтобы запустить решатель для 8 городов.

   java -jar TSPSolver.jar 8

2. Если вы не укажете номер, он будет работать для 10 городов. По мере того, как решатель находит текущие кратчайшие маршруты, он добавляет их в очередь.

   Запись

   Чем больше указанное вами число, тем дольше будет работать решатель. Например, бег по 14 городам может занять несколько минут, а бег по 15 городам может занять несколько часов. Увеличение до 16 или более городов может привести к дням времени выполнения (в конце концов, неделям, месяцам и годам). Это связано с быстрым увеличением числа перестановок, оцениваемых решателем по мере увеличения числа городов.

Как запустить клиентское приложение мониторинга

1. Войдите на свой компьютер, где вы будете запускать клиентское приложение. Это не обязательно должен быть тот же компьютер, на котором запущено приложение TSPSolver , хотя это может быть.
2. Создайте папку, в которой вы будете запускать ваше приложение. Например, c: \ TSP .
3. Скопируйте TSPClient.jar в c: \ TSP ,
4. Убедитесь, что папка bin JRE находится в переменной окружения PATH.
5. В командной строке измените каталоги на c: \ TSP.

6. Запустите следующую команду:

   java -jar TSPClient.jar

   При желании укажите количество минут для сна между проверкой очереди, передав аргумент командной строки. Период ожидания по умолчанию для проверки очереди составляет 3 минуты, что используется, если аргумент командной строки не передается в TSPClient . Если вы хотите использовать другое значение для интервала ожидания, например, одну минуту, выполните:

   java -jar TSPClient.jar 1

   Клиент будет работать до тех пор, пока не увидит сообщение очереди «Завершено». Обратите внимание, что если вы запускаете несколько экземпляров решателя без запуска клиента, вам может потребоваться запустить клиент несколько раз, чтобы полностью очистить очередь. Кроме того, вы можете удалить очередь, а затем создать ее снова. Чтобы удалить очередь, выполните следующую команду TSPSolver (не TSPClient ):

   java -jar TSPSolver.jar deletequeue

   Солвер будет работать до тех пор, пока не закончит изучение всех маршрутов.

Как остановить приложения Java

Как для солвера, так и для клиентских приложений вы можете нажать Ctrl + C, чтобы выйти, если хотите завершить работу до обычного завершения.