Программирование на Java

Методические указания и задания к лабораторным работам

Формат курса — сквозной проект. Все шесть лабораторных развивают одно приложение: от модели данных до распределённого клиент-серверного решения. Вариант выдаётся один раз и закрепляется за бригадой на все лабораторные работы.

Бригада может состоять не более чем из 2 человек. Соответственно это либо 1 человек, либо 2 человека. Больше - нельзя.

Стек - Java (можно Kotlin) Рекомендуемые версии: Java 21 LTS; Java 25

Технологический стек

Компонент	Требование
Платформа	Java 21 LTS (минимум), рекомендуется Java 25 LTS. JDK — любой вендор (Temurin и т. п.)
IDE	IntelliJ IDEA (Community или Ultimate) / GigaIDE
Сборка	Gradle (Kotlin DSL) или Maven, toolchains; GUI подключается плагином/зависимостями OpenJFX — в составе JDK его нет
Тестирование	JUnit 5
GUI	JavaFX (OpenJFX 21+) / Compose
Сервер	Spring Boot 3.x
Сериализация	`java.io.Serializable` и/или собственный бинарный формат; Protocol Buffers (proto3); Jackson JSON
Сеть	`java.net.http.HttpClient` / Ktor

Уровни выполнения

Каждый уровень предполагает выполненный каждый пункт задание качественно, в котором вы разбираетесь на 100% и готовы ответить на вопрос по коду самостоятельно в режиме реального времени.

Уровень	Оценка	Смысл
Минимум	удовлетворительно	Базовый работающий функционал; без него лабораторная не сдаётся
Среднее	хорошо	Инженерное качество: валидация, обработка ошибок, полные тесты, замеры
Максимум	отлично	Продвинутые техники, автоматизация, исследования и сравнения в отчёте

Уровни кумулятивны: среднее включает весь минимум, максимум — всё среднее.

Отчёт, защита, сдача

Отчёт (DOCX) по каждой лабораторной:

Титульный лист.
Содержание/оглавление.
Цель, вариант, ТЗ.
Ход работы: ФРАГМЕНТЫ кода и пояснения с описанием ключевых решений.
Демонстрация работы: скриншоты реализации и примеры показывающие работоспособность программы.
Выводы/заключение.

Приложение с вставкой исходного кода не нужно. При сдаче отчёта с таким приложением это приведёт к снижению полученных баллов на 20%.

Защита — демонстрация работающего приложения и ответы на вопросы. Копирование кода между студентами — смена варианта и обнуления всех существующих работ.

Типичные анти-паттерны (снижают оценку)

Вся логика в контроллере GUI / в контроллере REST («god object»).
Проглатывание исключений (catch (Exception e) {}).
Магические числа и строки вместо констант/enum.
Тесты, проверяющие «всё и сразу» вместо одного поведения.
Блокировка GUI-потока любой операцией дольше 100 мс.

Варианты

1. Электронная библиотека

Основная сущность Книга

ISBN
название
автор(ы)
год
жанр
признак «на руках»

Дополнительные сущности:

Антикварная книга (read-only)
Учебник
- курс
- тираж

Структура данных

Двоичное дерево поиска (ключ — название)

Details

Классическое дерево: слева ключи меньше, справа — больше. Поиск — спуск от корня (влево/вправо по сравнению).

                [Мартин Иден]
               /              \
      [Война и мир]        [Эффективная Java]
       /         \            /          \
[Алгоритмы]  [Мартин И.] [Теория игр] [Язык Си]

📖 Википедия — Двоичное дерево поиска

Дополнительные операции

Поиск по диапазону названий
K последних по алфавиту

2. Расписание занятий университета

Основная сущность Занятие

дата-время
группа
дисциплина
аудитория
преподаватель

Дополнительные сущности:

Отменённое занятие (read-only)
Лекция
- поток
Практика
- подгруппа

Структура данных

AVL-дерево (ключ — дата-время)

Details

То же BST (см. вариант 1), но после каждой вставки/удаления проверяется баланс: высоты поддеревьев отличаются не более чем на 1. Нарушение лечится малыми поворотами (LL, RR, LR, RL).

вставка 10:10 в правое поддерево → дисбаланс у 10:00
                [10:00]  balance = -2
               /         \
        [09:30]         [10:00]
                          \
                         [10:10]

малый левый поворот (RR):
                [10:05]
               /       \
        [10:00]        [10:10]
       /
  [09:30]

📖 Википедия — AVL-дерево, VisuAlgo — AVL

Дополнительные операции

Ближайшее занятие группы

3. Каталог магазина

Основная сущность Товар

артикул (число)
название
категория
цена
остаток

Дополнительные сущности:

Товар «снят с продажи» (read-only)
Товар с гарантией
- срок гарантии

Структура данных

B-дерево порядка 4 (ключ — артикул)

Details

Многоярусное дерево: каждый узел хранит до 3 ключей и до 4 детей; все листья на одном уровне — дерево растёт «вверх» через расщепление полных узлов.

                     [ 500 │ 900 ]                       ← корень (1–3 ключа)
                    /    │     \
        [100│200│300]  [600│700]  [950│980│990]          ← все листья на h=1

вставка 400 в [100│200│300] → узел полон → расщепление:
                     [ 300 │ 500 │ 900 ]
                    /     │      │    \
              [100│200] [400] [600│700] [950│980│990]

📖 Википедия — B-дерево, Визуализатор USFCA

Дополнительные операции

Диапазонный скан по артикулам
Статистика заполненности узлов

4. Справочник контактов

Основная сущность Контакт

имя
телефон
e-mail
организация

Дополнительные сущности:

Аварийный контакт (read-only)
Корпоративный контакт
- должность
- внутренний номер

Структура данных

Префиксное дерево — Trie (по имени)

Details

Каждый узел — символ; слово читается по пути от корня. Автодополнение — спуск по префиксу + сбор всех поддеревьев ниже найденного узла.

        (root)
        /    \
       а      м
      / \      \
    н    р      а
    |    |      |
    н    я      р
    |           |
    а           и
    |           |
  [НАТА]      [МАРИЯ]        [] — терминальный узел

автодополнение "ма": спустились по м→а → собираем [МАРИЯ]

📖 Википедия — Префиксное дерево, Визуализатор USFCA

Дополнительные операции

Автодополнение по префиксу
Подсчёт контактов в поддереве

5. Склад

Основная сущность Партия

артикул
название
количество
ячейка
дата завоза

Дополнительные сущности:

Архивная партия (read-only)
Импортная партия
- страна
- таможенный код

Структура данных

Хеш-таблица с открытой адресацией (ключ — артикул, линейное пробирование)

Details

Массив ячеек; индекс = hash(key) % capacity. Если ячейка занята — сдвиг на шаг вправо, пока не найдётся свободная. При заполнении выше порога — рехеш: удвоение размера и переселение всех записей.

index:   0        1        2        3        4        5
       ┌────────┬────────┬────────┬────────┬────────┬────────┐
       │  91005 │ DELETED│  91011 │  91117 │  free  │  91002 │
       └────────┴────────┴────────┴────────┴────────┴────────┘

put(91117): h(91117)=2 → занято(91011) → проба+1 → 3 свободно → пишем
                                        ^^ 2 пробы (статистика в отчёт)

load factor 0.75 → рехеш: capacity 6 → 12, все элементы переселятся

📖 Википедия — Хеш-таблица, Визуализатор USFCA

Дополнительные операции

put/get/delete со статистикой проб
Автоматический рехеш при заполнении

6. Электронная очередь поликлиники

Основная сущность Талон

№ карты
ФИО
кабинет
срочность (0–3)
время взятия

Дополнительные сущности:

Закрытый талон (read-only)
Талон на дому
- адрес

Структура данных

Двоичная min-куча (компаратор: срочность, затем время взятия)

Details

Полное дерево, хранящееся прямо в массиве: приоритет родителя ≤ приоритетов детей. Вставка — «всплытие» вверх, извлечение минимума — «погружение» вниз.

массив: [ A1 │ B3 │ A2 │ C5 │ B4 │ D3 │ C6 ]
индекс:   0    1    2    3    4    5    6
             parent i → (i-1)/2;  children i → 2i+1, 2i+2

дерево (срочность в узле):
                (1,A1)
              /        \
          (3,B3)       (2,A2)
          /     \       /    \
      (5,C5)  (4,B4) (3,D3) (6,C6)

вставка (0, C9): в конец → всплытие до корня
      (0,C9) → (1,A1) → (3,B3) → (5,C5) → конец

📖 Википедия — Двоичная куча, VisuAlgo — Binary Heap

Дополнительные операции

K самых срочных
Изменение приоритета
Слияние двух очередей

7. Социальная сеть

Основная сущность Профиль

id
имя
город
год рождения
связь «дружба»: пара id, «сила» связи

Дополнительные сущности:

Удалённый профиль (read-only)
Сообщество
- администратор

Структура данных

Граф: вершины — профили, рёбра — дружба. Списки смежности разрешены, если узел списка — собственная структура (не java.util-список)

Details

Вершины + рёбра; соседи хранятся в списках смежности. BFS (обход «в ширину» по слоям) даёт кратчайшую цепочку знакомств; Дейкстра учитывает вес ребра — «силу» связи.

        Аня ──── Борис ──── Вера
         │        │          │
        Глеб ────√          Дима

   adjacency:
     Аня   → [Борис, Глеб]
     Борис → [Аня, Вера, Глеб]
     Вера  → [Борис, Дима]
     Глеб  → [Аня, Борис]
     Дима  → [Вера]

BFS Аня→Дима: Аня → Борис → Вера → Дима   (цепочка длины 3)

📖 Википедия — Представление графа, Визуализатор USFCA

Дополнительные операции

Кратчайшая цепочка знакомств (BFS)

8. Карта мест (POI)

Основная сущность Место

id
название
категория
широта
долгота

Дополнительные сущности:

Место «на модерации» (read-only)
Сетевое место
- сайт
- телефон

Структура данных

k-d дерево по (широта, долгота)

Details

Дерево, где сравнение идёт поочерёдно по осям: чётный уровень — широта, нечётный — долгота. Каждое разбиение «режет» плоскость — красивая визуализация областями. Поиск области — проверка пересечения прямоугольника поддерева с запросом.

корень — x:          [ (50,30) ]
                    /            \
   y-уровень:   [ (20,60) ]     [ (70,20) ]
                /       \            \
x-уровень:  [(10,40)] [(40,70)]   [(80,50)]

плоскость (альтерн. разрезы):
  ┌───────────────────────┐
  │          │ (50,30)    │      вертикальный разрез по x=50
  │ (20,60)──┼──(70,20)   │      затем горизонтальные по y
  │    │     │      │     │
  │(10,40) (40,70) (80,50) │
  └───────────────────────┘

📖 Википедия — k-d дерево

Дополнительные операции

Все точки в прямоугольной области

9. Таск-трекер

Основная сущность Задача

id
название
исполнитель
срок
важность (1–10)

Дополнительные сущности:

Задача в архиве (read-only)
Срочная задача
- дежурный

Структура данных

Декартово дерево — treap (ключ — срок, приоритет кучи — важность)

Details

Гибрид BST и кучи: по ключу (срок) — дерево поиска, по приоритету (важность) — куча. Рекомендуемая реализация — через split/merge, а не вращения.

ключ(срок)=число, приоритет(важность)=буква (A — самый важный)
по сроку: слева меньше; по важности: родитель важнее (буква раньше)

              (10 мар, A)
             /           \
       (05 мар, C)     (20 мар, B)
       /         \
(01 мар, D)  (07 мар, E)

merge(A, B): всё с ключом < ключа(B) — в левую часть; корень = важнейший
split(T, дедлайн 08 мар): { 01, 05, 07 } | { 10, 20 }

📖 Хабр — Декартово дерево (секретная информация о декартовых деревьях), Wikipedia — Treap

Дополнительные операции

Задачи в интервале сроков
N самых важных

10. Бронирование переговорных

Основная сущность Бронь

id
комната
сотрудник
начало
конец

Дополнительные сущности:

Прошедшая бронь (read-only)
Регулярная бронь
- дни недели

Структура данных

Дерево по началу брони (ключ — «начало»; пересечение проверяется при обходе диапазона)

Details

Обычное дерево поиска по началу брони, пересечения ищутся при обходе нужного диапазона. Дерево интервалов (на максимум) добавляет в узел аугментацию max_end — максимум концов поддерева, что позволяет отсекать ветви.

          [09:00 ─ 10:30]  max_end=13:00        ← в узле храним max концов поддерева
         /                 \
 [08:00─09:30]          [11:00 ─ 13:00]  max_end=13:00
      max_end=09:30

запрос: пересекается ли [10:45 ─ 11:30]?
  корень: 10:45 < 10:30 ? нет → может пересекаться справа
  правый: 11:00 ≤ 11:30 и 10:45 ≤ 13:00 → ПЕРЕСЕЧЕНИЕ ✔ (конфликт комнаты)

отсечение: если max_end(лев. поддерева) < 10:45 → левое пропускаем целиком

📖 Wikipedia — Interval tree

Дополнительные операции

Брони, пересекающиеся с интервалом
Проверка конфликта комнаты

Примечания.

Семантика read-only-типов — «архивные/закрытые» записи: они видны в GUI, но редактирование запрещено.
Синтетические производные типы из списка «Дополнительные сущности» можно дополнять своими, если сохраняются обязательные три типа: базовый, read-only, редактируемый с новыми полями.

Лабораторная работа № 1. «Разработка модели данных»

Задание

Реализовать сущности согласно варианту в ООП паттернах. Минимум три типа из «Дополнительных сущностей» (базовый, read-only, редактируемый с дополнительными полями).
Добавить интерфейс Editable. Маркерный или с методами. Кнопка «Изменить» в GUI доступна только для объектов, реализующих Editable. Через «Добавить» можно создать только редактируемые типы; read-only-типы появляются только из файла.
Загрузка данных из файла CSV. Битые строки пропускаются.
Реализация GUI:

отображение элемента(ов)
загрузить из CSV
сохранить в CSV
редактирование сущности (не read-only)
добавление сущности
предусмотреть диалоги с ошибками

Детали реализации

1. Интерфейс Editable — контракт «сущность можно менять». Может быть маркером (без методов) или нести методы, например проверку полей:

public interface Editable {
    /** @return список ошибок; пустой список = данные корректны */
    List<String> validate();
}

Кнопка «Изменить» в GUI проверяет entity instanceof Editable и блокируется для read-only-типов. Решение «маркер или с методами» принимаете сами и обосновываете в отчёте.

📖 Metanit — Интерфейсы · Metanit — Классы Records (удобны для неизменяемых read-only-типов)

2. Наследование — базовая сущность, от которой наследуются производные с новыми полями:

public class Book {                          // базовый тип
    protected String isbn;
    protected String title;
    // конструктор, геттеры/сеттеры
}

public class Textbook extends Book implements Editable {   // редактируемый, + новые поля
    private int course;
    private int printRun;
    @Override public List<String> validate() { /* проверка полей */ return List.of(); }
}

Отличие наследования от реализации интерфейса: наследование (extends) переиспользует код и поля одного базового класса; интерфейс (implements) — только контракт без состояния, зато класс может реализовать несколько интерфейсов сразу. Editable — именно контракт, а не родитель.

📖 Metanit — Наследование · Metanit — Иерархия наследования и преобразование типов

С чего начать

Шаг 1. Первая программа. Создайте в IDEA проект (Gradle, JDK 21), класс с main, выведите Hello world в консоль и запустите зелёной стрелкой.

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello world");
    }
}

📖 Metanit — Первая программа

Шаг 2. Класс данных. Опишите сущность варианта обычным классом (поля, конструктор, геттеры/сеттеры, toString) и создайте пару объектов в main, выведите их на консоль.

📖 Metanit — Классы и объекты

Шаг 3. Хранилище. Положите созданные объекты в список и пройдите по нему циклом:

List<Book> books = new ArrayList<>();
books.add(new Book("978-5-17", "Мартин Иден", "Лондон Дж.", 1909));
for (Book b : books) System.out.println(b);

📖 Metanit — Типы коллекций. Интерфейс Collection

Шаг 4. Загрузка CSV. Скелет парсера — алгоритм разбора строки реализуйте сами:

public final class CsvLoader {
    /** читает файл построчно, разбирает каждую строку и собирает сущности */
    public List<Book> load(Path file) {
        List<Book> result = new ArrayList<>();
        // try (var reader = Files.newBufferedReader(file)) {
        //     reader.readLine();                      // строка-заголовок
        //     String line;
        //     while ((line = reader.readLine()) != null) {
        //         String[] parts = line.split(";", -1);
        //         // разобрать parts в объект; битую строку — пропустить
        //     }
        // } catch (IOException e) { /* показать диалог ошибки */ }
        return result;
    }
}

📖 Metanit — Работа со строками, split · Metanit — BufferedReader/BufferedWriter · Metanit — Класс File, работа с файлами

Оценка

Минимум

Иерархия из трёх типов, интерфейс Editable
GUI: таблица + три кнопки + диалог редактирования (без валидации полей). Заблокированная кнопка «Изменить» на read-only-объекте

Среднее

Работа с корректным CSV-файлом

Максимум

Собственные классы исключений загрузки с кодами ошибок (BAD_NUMBER, WRONG_FIELD_COUNT, …) и обработка на уровне GUI.

Лабораторная работа № 2. «Собственные структуры данных, асинхронность»

Задание

Реализовать собственную структуру данных согласно варианту. Реализация самостоятельно на массивах и собственных узлах, без использования java.util и подобных.
Реализация дополнительных операций по варианту, а также асимптотика каждой операции (таблица в отчёте: операция, O(...), обоснование).
Визуализация работы структуры данных. Панель, отображающая внутреннее устройство структуры. Перерисовка после каждой операции; подсветка узлов, посещённых при поиске/вставке.
Добавление возможности генерировать набор данных (с указанием числа генерации вхождений).

Ограничения

Начиная с лабораторной № 2 списки запрещены как основное хранилище данных: List, ArrayList, LinkedList и любые их аналоги. Основное хранилище — собственная структура по варианту.
Там, где по варианту требуется собственная структура, готовые реализации из java.util (TreeMap, HashMap, PriorityQueue и т. п.) запрещены в основном коде. Разрешены вспомогательные коллекции (Set, Map) и массивы — по согласованию с преподавателем.

Детали реализации

1. Начните с простого контракта, не дженерика. Опишите интерфейс хранилища под конкретную сущность и реализуйте его своей структурой:

public interface BookStore {                 // НЕ дженерик — конкретный тип
    void add(Book book);                     // вставка
    Book findByTitle(String title);          // поиск по ключу
    boolean removeByTitle(String title);     // удаление
    int size();
}

public class BstBookStore implements BookStore {
    private static final class Node {        // собственный узел, как в C++ struct
        Book value;
        Node left, right;
        Node(Book value) { this.value = value; }
    }
    private Node root;
    // add / findByTitle / removeByTitle — реализуете сами
}

2. Пример: две функции односвязного списка (вставка в начало и обход) — ориентир того, что считается «реализовано самостоятельно»:

public class LinkedIntList {
    private static final class Node {
        int value; Node next;
        Node(int value, Node next) { this.value = value; this.next = next; }
    }
    private Node head;

    public void addFirst(int value) { head = new Node(value, head); }

    public int size() {
        int count = 0;
        for (Node p = head; p != null; p = p.next) count++;
        return count;
    }
}

3. Перевод на дженерики — когда конкретная версия работает, обобщение делается механически: тип сущности выносится в параметр <T>, ключ — в <K>.

public interface EntityStore<K, T> {         // было BookStore
    void add(T entity);
    T findByKey(K key);
    boolean removeByKey(K key);
    int size();
}

public class BstStore<K extends Comparable<K>, T> implements EntityStore<K, T> { ... }

Что такое дженерики (краткая теория)

Дженерики — параметризация класса/интерфейса типом: BstStore<String, Book> компилятор проверит так, что положить Integer в дерево книг не получится. Это аналог шаблонов C++, но проверка происходит на этапе компиляции, а примитивы (int) нужно упаковывать в обёртки (Integer). Ограничение K extends Comparable<K> требует от ключа умения сравнивать себя (compareTo) — вместо operator< из C++.

📖 Metanit — Обобщения (Generics) · Metanit — Наследование и обобщения

4. Гонка потоков и синхронизация. Если фоновый поток перестраивает структуру, пока GUI-поток её читает, данные могут повредиться («гонка»). Java даёт несколько инструментов: оператор synchronized (взаимное исключение), атомарные классы, неизменяемые снимки (copy-on-read). Для лабораторной достаточно понять и применить synchronized на критической секции.

public synchronized Book findByKey(String title) { return doFindByKey(title); }

📖 Metanit — Многопоточность и класс Thread · Metanit — Создание и выполнение потоков · Metanit — Синхронизация, synchronized · Metanit — Завершение и прерывание потока

5. Canvas в JavaFX — панель визуализации: получаете графический контекст и рисуете примитивы (линии, круги, текст) в методе перерисовки:

GraphicsContext g = canvas.getGraphicsContext2D();
g.clearRect(0, 0, canvas.getWidth(), canvas.getHeight());  // очистить
g.strokeLine(x1, y1, x2, y2);                              // ребро дерева
g.fillOval(x - r, y - r, 2 * r, 2 * r);                    // узел
g.fillText("Мартин Иден", x - 20, y + 4);                  // подпись

📖 Oracle — Canvas (javadoc) · Oracle — Working with Canvas · Metanit — Кнопки и метки JavaFX (базовые контролы панели)

Для фоновых операций используйте javafx.concurrent.Task: тяжёлая работа — в call() (фоновый поток), обновление GUI — в setOnSucceeded/Platform.runLater (FX-поток). 📖 OpenJFX — Task (javadoc)

Оценка

Минимум

Структура с операциями вставка/поиск/удаление.
Визуализация: полная перерисовка панели после каждой операции.
Генерация набора данных.
Фоновая загрузка файла через Task с прогрессом.

Среднее

Все дополнительные операции.
Генерация набора данных в фоне, а также возможность отмены операции.
Таблица замеров времени (вставка/поиск/удаление/дополнительные на 10⁴ и 10⁵).

Максимум

Структура данных выполнена с использованием generics
Сравнительный обзор: собственная структура против ближайшего аналога из java.util (только для эксперимента, в основном коде аналога нет) — график/таблица в отчёте.
Конкурентный доступ: реализация многопотоковой записи в структуру и демонстрация гонки на незащищённой структуре и защита (синхронизация / immutable-снимок).

Лабораторная работа № 3. «Сериализация/десериализация и тестирование»

Задание

Реализовать возможность сериализации данных в структуре через общий интерфейс. Минимальный набор — два формата: бинарный (Serializable или собственный) и JSON (Jackson).
Доработать GUI. Добавление экспорт/импорт через FileChooser. После импорта обновляются таблица и визуализация структуры.
Сравнение форматов в отчёте: размер файла на 10⁴ записей; время сохранения/загрузки (среднее по 5 прогонам); читаемость «глазами» (фрагмент файла каждого формата).
Необходимо написать JUnit тесты с использованием заготовленных файлов на базовые операции.

Детали реализации

1. Какой сериализации хотим: несколько реализаций одного контракта (интерфейс выше) — GUI и тесты работают через Serializer, не зная, что внутри: JSON, бинарный формат или что-то ещё. Пример реализации JSON-варианта на Jackson:

public final class JsonBookSerializer implements Serializer<BookData> {
    @Override public String format() { return "json"; }

    @Override public void save(BookData data, Path file) throws IOException {
        new ObjectMapper().writeValue(file.toFile(), data);
    }
    @Override public BookData load(Path file) throws IOException {
        return new ObjectMapper().readValue(file.toFile(), BookData.class);
    }
}

Roundtrip-контракт: load(save(x)) обязан вернуть данные, равные x — это главный тест сериализации.

2. Serializable и версионирование. Бинарный формат «из JDK»: класс реализует маркер-интерфейс java.io.Serializable, а JDK сама записывает объект в поток байтов. Поле serialVersionUID — «паспорт версии» класса: если при чтении версия класса не совпала с записанной, получится InvalidClassException. Именно поэтому serialVersionUID — первая, примитивная форма версионирования формата (пригодится в лаб. 4).

public class Book implements java.io.Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;   // версия схемы
    private String isbn;
    private String title;
}

📖 JavaRush — Сериализация и десериализация в Java · JavaRush — Зачем нужен serialVersionUID · Metanit — Сериализация

3. Подключение библиотек. Внешние библиотеки (Jackson и другие) добавляются декларацией зависимости в сборку, jar вручную не скачиваются:

// build.gradle.kts
dependencies {
    implementation("com.fasterxml.jackson.core:jackson-databind:2.17.0")
}

📖 Jenkov — Jackson ObjectMapper (как Jackson маппит объекты ↔ JSON)

4. FileChooser в JavaFX — диалог выбора файла с фильтром формата:

FileChooser fc = new FileChooser();
fc.setTitle("Экспорт данных");
fc.getExtensionFilters().add(new FileChooser.ExtensionFilter("JSON", "*.json"));
File file = fc.showSaveDialog(stage);      // showOpenDialog для импорта
if (file != null) serializer.save(data, file.toPath());

📖 Oracle — FileChooser (javadoc)

5. JUnit. Тест — обычный метод с аннотацией @Test, проверяющий одно поведение одним утверждением:

Краткая теория

Тестовый метод готовит данные (given) → вызывает проверяемый код (when) → сравнивает факт с ожиданием (then). Основные утверждения: assertEquals (равенство значений), assertTrue/assertFalse, assertNull/assertNotNull, assertThrows (ожидаемое исключение). Тесты запускаются одной командой сборки (gradle test / mvn test) и падают с понятным сообщением, если фактическое значение не совпало.

Чтение файла в тесте: положите эталонные данные в src/test/resources/ и прочитайте из classpath — тогда тест не зависит от рабочей папки.

📖 JavaRush — JUnit: тестирование в Java · JUnit 5 User Guide

class CsvLoaderTest {
    @Test
    void loads_reference_file_and_matches_expected_line() throws Exception {
        // эталонный файл лежит в src/test/resources/books.csv
        try (var in = getClass().getResourceAsStream("/books.csv")) {
            String expected = new String(in.readAllBytes(), StandardCharsets.UTF_8)
                                     .lines().skip(1).findFirst().orElseThrow();

            Book parsed = new CsvLoader().parseLine(expected);

            assertEquals("978-5-17", parsed.getIsbn());
        }
    }
}

Оценка

Минимум

Сериализация bin + JSON через общий интерфейс Serializer, roundtrip-тесты обоих.
Доработать GUI.
Сравнение форматов в отчёте.

Среднее

JUnit тесты на позитивные сценарии (не менее 3х штук)

Максимум

Указание версии при сериализации.
Обработка исключительных ситуаций/битых файлов.
JUnit тесты покрывают негативные сценарии. Не менее 7 штук в сумме.

Лабораторная работа № 4. «Версионирование формата и миграции данных»

Задание

Реализация миграции при обогащении данными сущности. В сущность добавляется новое поле (семантика по варианту: рейтинг, теги, заметка, дата изменения и т. п.). Для записей из старых файлов поле заполняется значением по умолчанию (не null).
Добавление заголовка версии во всех форматах:
- JSON/XML — поле/атрибут schema_version;
- proto — поле schema_version;
- собственный бинарный формат — версия в заголовке;
- Serializable — кастомные writeObject/readObject с версией.
Реализовать тесты на мигрирование данных.
GUI: при открытии файла старой версии — диалог «Файл версии 1. Мигрировать до 2?».
Выполнение сохранения с обратной совместимостью (на любую предыдущую версию).

Детали реализации

1. Что такое миграция. Миграция — автоматическое преобразование данных из старой версии формата в текущую при чтении файла. Приложение версии N умеет открывать файлы версий 1…N: смотрит schema_version в файле и применяет цепочку пошаговых преобразований. Каждый шаг — маленькая изолированная функция «данные версии k → данные версии k+1»: так шаги можно тестировать отдельно и переиспользовать (v1→v3 = v1→v2 + v2→v3).

2. Скелет шага миграции — новое поле с заполнением по умолчанию:

/** v1 → v2: добавили поле rating; для старых записей — значение по умолчанию */
public final class MigrationV1toV2 {
    public static Map<String, Object> migrate(Map<String, Object> record) {
        record.putIfAbsent("rating", 0.0);      // НЕ null — конкретное значение
        record.put("schema_version", 2);
        return record;
    }
}

Представление записи как Map<String, Object> (или JSON-дерево Jackson) удобно: поля можно добавлять/переименовывать независимо от класса модели, а сам класс модели меняется один раз, в текущей версии. Реестр миграций — список шагов, применяемых по порядку, пока версия записи не сравняется с текущей.

3. Пример теста миграции — на фикстуре (эталонном файле версии 1 в src/test/resources/):

@Test
void migrates_v1_file_and_fills_default_rating() {
    BookData v1 = loadFixture("books-v1.json");          // schema_version = 1

    BookData v2 = new MigrationV1toV2().apply(v1);

    assertEquals(2, v2.schemaVersion);
    assertEquals(0.0, v2.books.get(0).rating);           // дефолт, не null
    assertEquals(3, v2.books.size());                    // записи не потерялись
}

📖 JavaRush — Сериализация и десериализация в Java · JavaRush — JUnit: тестирование в Java

Оценка

Минимум

Реализация миграции v1 → v2 во всех форматах.
Доработка GUI.

Среднее

Реализация поэтапной миграции v1 → v2 → v3 во всех форматах.
Написание тестов. (6 штук)
Обратная совместимость.

Максимум

Обратная совместимость (downgrade): экспорт в схему v1/v2 с осознанной потерей новых полей (в GUI — предупреждение о потере).
Обработка различных ошибок при миграции, например, файл из будущего, битый файл, неверно заполненное поле (обнаруженное в ходе миграции).

Лабораторная работа № 5. «Spring Boot: сервер, REST API»

Цель: вынести предметную логику в серверное приложение на Spring Boot и предоставить REST API; GUI работает в том же процессе и обращается к хранилищу напрямую, минуя HTTP.

Задание

Необходимо подключить библиотеку Spring Boot и реализовать HTTP запросы для изменения структуры данных.
Запуск GUI в том же процессе. Для обновления и получения актуальных данных можно добавить кнопку обновления либо выполнить подписку на изменения через слушатель.
Реализовать следующие endpoints (сетевые запросы) REST (имена сущностей — по варианту, например /api/books):
- GET /api/{entities} — выборка с фильтрами по полям;
- GET /api/{entities}/{id};
- POST /api/{entities} → 201 + Location;
- PUT /api/{entities}/{id} — только для Editable-типов, иначе 422;
- DELETE /api/{entities}/{id};
- дополнительные операции варианта (лаб. 2) как под-ресурсы: /search?prefix=…, /range?from=…&to=…, /nearest?lat=…&lon=…, /path?from=…&to=… и т. п.;
- POST /api/store/swap?structure=… — переключение используемой структуры данных на лету (если у вас несколько реализаций структуры из лаб. 2; иначе ручку можно не делать — на оценку не влияет);
- POST /api/export?format=json|bin, POST /api/import — сериализация из лаб. 3 как сервис.
Ошибки. Единый формат ProblemDetail (RFC 9457): 400 — ошибка валидации, 404 — нет записи, 409 — дубликат ключа/конфликт, 422 — попытка изменить не-Editable запись; доменные исключения (включая VERSION_TOO_NEW из лаб. 4) маппятся через @ExceptionHandler.

Детали реализации

1. Запуск Spring и первый GET. Проще всего создать проект через Spring Initializr (зависимость Spring Web), затем объявить контроллер:

@RestController
public class BookController {
    private final BookService service;                 // бин с бизнес-логикой

    public BookController(BookService service) { this.service = service; }

    @GetMapping("/api/books")
    public List<BookDto> all() { return service.findAll(); }

    @GetMapping("/api/books/{isbn}")
    public BookDto one(@PathVariable String isbn) { return service.findByKey(isbn); }
}

Запуск — ./gradlew bootRun (или кнопкой Run в IDEA на классе с @SpringBootApplication).

📖 Spring — Building an Application with Spring Boot · Spring — Building a RESTful Web Service

2. Проверка в браузере. GET-запрос открывается прямо в браузере: http://localhost:8080/api/books — увидите JSON-ответ. Это самый быстрый способ проверить ручку чтения.

3. POST и его проверка. POST меняет состояние, браузером его не отправить — используйте curl:

curl -X POST http://localhost:8080/api/books \
     -H "Content-Type: application/json" \
     -d '{"isbn":"978-5-17","title":"Мартин Иден","year":1909}' -i

Ожидаемый ответ: HTTP/1.1 201 Created и заголовок Location: /api/books/978-5-17. Повторный GET по этому адресу возвращает созданную запись.

4. GUI в том же процессе. JavaFX-приложение может поднять Spring-контекст в Application#init() (этот поток без UI, Spring там разрешён), а в start() достать бины getBean и вызывать Service напрямую, минуя HTTP. Для актуализации данных достаточно кнопки «Обновить» (перечитать данные из сервиса) — либо слушателей изменений сервиса.

public class App extends Application {
    private ConfigurableApplicationContext spring;

    @Override public void init() {
        spring = new SpringApplicationBuilder(ServerApp.class).run();
    }
    @Override public void start(Stage stage) {
        var service = spring.getBean(BookService.class);
        // контроллеры GUI читают/пишут через service; кнопка «Обновить» — service.findAll()
    }
}

5. Архитектура. Слои Spring-приложения: controller принимает HTTP и возвращает DTO (без бизнес-логики), service хранит валидацию и бизнес-операции, store — ваша структура данных как singleton-бин. Зависимости направлены вниз: контроллер знает сервис, сервис — хранилище, и никогда наоборот.

@Service
public class BookService {
    private final EntityStore<String, Book> store;     // бин-хранилище (ваша структура)
    public BookService(EntityStore<String, Book> store) { this.store = store; }
    public List<Book> findAll() { /* ... */ }
    public Book add(BookDto dto) { /* валидация + store.add */ }
}

Оценка

Минимум

Выполнение операций:
- GET /api/{entities} — выборка с фильтрами по полям;
- GET /api/{entities}/{id};
- POST /api/{entities} → 201 + Location;
- PUT /api/{entities}/{id} — только для Editable-типов, иначе 422;
- DELETE /api/{entities}/{id}
GUI с кнопкой обновить.

Среднее

Выполнение операций:
- дополнительные операции варианта (лаб. 2) как под-ресурсы: /search?prefix=…, /range?from=…&to=…, /nearest?lat=…&lon=…, /path?from=…&to=… и т. п.;
- POST /api/export?format=json|proto|xml|bin, POST /api/import — сериализация хотя бы в один тип.

Максимум

Автоматическое обновление GUI при вызове API.

Лабораторная работа № 6. «REST-клиент»

Задание

Разделить клиент и сервер. Теперь клиент находится в отдельном приложении и взаимодействует с сервером через API.

Детали реализации

1. Базовый сетевой запрос. Стандартный java.net.http.HttpClient: клиент создаётся один раз, запрос собирается билдером, ответ читается как строка:

HttpClient http = HttpClient.newHttpClient();

HttpRequest request = HttpRequest.newBuilder()
        .uri(URI.create("http://localhost:8080/api/books"))
        .GET()
        .build();

HttpResponse<String> response = http.send(request, HttpResponse.BodyHandlers.ofString());
String json = response.body();            // 200 + JSON со списком книг

POST отличается телом и заголовком: .POST(HttpRequest.BodyPublishers.ofString(json)) + .header("Content-Type", "application/json").

📖 JavaRush — Руководство по HTTP-клиенту Java · Oracle — HttpClient (javadoc, Java SE 21)

2. Слой API-клиента и DTO. Сетевые вызовы прячутся за интерфейс, а GUI работает с объектами, а не с JSON-строками:

public interface ApiClient {
    List<BookDto> findAll();                            // GET /api/books
    Optional<BookDto> findByKey(String isbn);           // GET /api/books/{id}
    BookDto create(BookDto dto);                        // POST /api/books
    void delete(String isbn);                           // DELETE /api/books/{id}
}

public record BookDto(String isbn, String title, int year) { }   // DTO: record для переноса данных

DTO (Data Transfer Object) — простой класс-носитель данных между клиентом и сервером: он повторяет формат сетевого ответа, но не содержит логики. JSON-ответ разбирается в DTO тем же Jackson, что и в лаб. 3. GUI зависит от ApiClient, а не от HTTP-деталей — так его можно тестировать без сервера.

📖 Martin Fowler — Data Transfer Object · freeCodeCamp — What are DTOs in Java · Jenkov — Jackson ObjectMapper

3. Визуализация по данным из экспорта. Структура целиком живёт на сервере, но клиент может восстановить её вид: держите на сервере ручку, отдающую содержимое структуры (например, GET /api/books/export — полный список или JSON-снимок структуры). Клиент по этому снимку отрисовывает панель: строит локальное «отражение» структуры (те же узлы и связи) и рисует её на Canvas так же, как в лаб. 2. Отражение — только для показа: операции всё равно выполняются через сеть.

Оценка

Минимум

Реализация базовых операций. Визуализация работы структуры может отсутствовать (не обязательна по сети)

Среднее

Подключение дополнительных операции и export/import через сеть.

Максимум

Обработка сетевых ошибок.

Курсовая работа. «Создание Android приложения»

Задание

Портируйте GUI на Android

Vova-SH/instruction.md

Программирование на Java

Методические указания и задания к лабораторным работам

Технологический стек

Уровни выполнения

Отчёт, защита, сдача

Типичные анти-паттерны (снижают оценку)

Варианты

1. Электронная библиотека

Лабораторная работа № 1. «Разработка модели данных»

Задание

Детали реализации

С чего начать

Оценка

Лабораторная работа № 2. «Собственные структуры данных, асинхронность»

Задание

Ограничения

Детали реализации

Оценка

Лабораторная работа № 3. «Сериализация/десериализация и тестирование»

Задание

Детали реализации

Оценка

Лабораторная работа № 4. «Версионирование формата и миграции данных»

Задание

Детали реализации

Оценка

Лабораторная работа № 5. «Spring Boot: сервер, REST API»

Задание

Детали реализации

Оценка

Лабораторная работа № 6. «REST-клиент»

Задание

Детали реализации

Оценка

Курсовая работа. «Создание Android приложения»

Задание