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Blatt 07: Generics, Sealed Types, Stream-API, Logging

Zusammenfassung

Sie modellieren auf diesem Blatt einen kleinen Zoo in Java.

Zunächst steht das Erstellen einer Typhierarchie mit sealed types / records und der Einsatz von Generics im Vordergrund. Anschließend erweitern Sie dieses Modell um:

  • sinnvolle Zustandsänderungen (Tiere aufnehmen, umsetzen, abgeben),
  • Logging der ausgeführten Aktionen,
  • sowie den Einsatz der Stream-API.

Ziel ist es, dass Sie die im Kurs behandelten Konzepte eigenständig auf ein kleines, aber zusammenhängendes Beispiel anwenden.

Aufgaben

Aufgabe 1: Zoo

Aufgabe 1.1: Tier-Hierarchie modellieren mit nicht-generischen Klassen

Modellieren Sie die im Diagramm gezeigte stark vereinfachte Hierarchie von Tierarten:

Nutzen Sie dabei sealed interfaces.

Erstellen Sie für jedes dieser Interfaces jeweils zwei Record-Klassen, die konkrete Mitglieder der jeweiligen Tier-Klasse bzw. -Familie1 repräsentieren und die jeweils das Interface implementieren. Beispielsweise könnte eine Forelle eine Art in der Klasse der Fische sein, d.h. die Java-Klasse Trout könnte das Interface Fish implementieren.

Geben Sie den Tieren jeweils mindestens einen Namen (z.B. String name) als Attribut.

Important

Hinweis: Nutzen Sie permits in Ihren sealed-Deklarationen so, dass nur die von Ihnen gewünschten Implementierungen erlaubt sind.

Tip

Hinweis: Da wir hier keine Java-Module verwenden, müssen alle Klassen und Interfaces, die in einer sealed-Hierarchie über permits verbunden sind, im gleichen Package liegen, z.B. zoo.animal. Unterpakete wie zoo.animal.birds sind deshalb für sealed hier nicht möglich.

Aufgabe 1.2: Generische Gehege definieren als generische Klassen

Definieren Sie zur Repräsentation eines Geheges eine generische Klasse Enclosure mit einer Typ-Variablen. Stellen Sie durch geeignete Beschränkung der Typ-Variablen sicher, dass nur Gehege mit von Animal abgeleiteten Typen gebildet werden können.

Anforderungen:

  • Jedes Gehege hat:

    • einen eindeutigen Namen (String name), sowie
    • eine geeignete Sammlung seiner Bewohner.

  • Kein Tier kann in einem Gehege mehrfach vorkommen. Lösen Sie dies durch die Auswahl einer geeigneten inneren Datenstruktur und begründen Sie Ihre Wahl kurz.

  • Implementieren Sie Methoden wie:

    • boolean add(T animal)
    • boolean remove(T animal)
    • List<T> getInhabitants()

Aufgabe 1.3: Spezialisierte Gehege

Definieren Sie spezialisierte Gehege, die die Typhierarchie widerspiegeln:

  • ein Aquarium, welches von Fish abgeleitete Tiere beherbergen kann,
  • ein Terrarium für von Reptile abgeleitete Tiere,
  • ein MammalHouse für Säugetiere (Mammal), sowie
  • ein CatHouse, welches nur Objekte einer konkreten vom Interface Cat abgeleiteten Klasse zulässt.

Aufgabe 1.4: Zoo-Verwaltung

Implementieren Sie eine Klasse Zoo, welche eine Liste mit Tier-Gehegen verwaltet.

Implementieren Sie folgende Methoden:

  1. addEnclosure zum Hinzufügen eines neuen Tier-Geheges

  2. getEnclosures liefert eine Liste aller Gehege im Zoo zurück

  3. findEnclosureByName gibt das erste gefundene Gehege mit diesem Namen aus dem Zoo zurück (oder null, wenn nicht gefunden)

  4. getAllAnimals gibt eine Liste aller Tiere in allen Gehegen zurück

  5. getAllMammals gibt eine Liste aller Tiere in allen Gehegen zurück, deren Typ eine Subclass-Beziehung zu Mammal hat

  6. getAnimalsByPredicate zum Zurückgeben aller Tiere in den Gehegen, die dem übergebenen Prädikat Predicate<Animal> genügen

  7. countAnimalsByType, die für jeden Tiertyp zählt, wieviele Objekte dieser Art im Zoo sind

  8. getOvercrowdedEnclosures gibt eine Liste aller Gehege zurück, die mehr Tiere enthalten, als der Parameter angibt

  9. String summary() erstellt eine kurze textuelle Zusammenfassung des aktuellen Zoo-Zustands erzeugt, z.B.:

    Zoo mit 3 Gehegen und 12 Tieren: 5 Mammals, 4 Birds, 3 Fish

Nutzen Sie dabei die Stream-API, z.B. zum Durchlaufen aller Gehege und Tiere. Nutzen Sie hier geeignet filter, map, flatMap, toList und/oder collect mit Collectors.groupingBy, Collectors.toList, Collectors.joining, Collectors.counting o.ä.

Important

Wählen Sie die Parameter und Rückgabetypen geeignet und begründen Sie Ihre Wahl kurz.

Tip

Wenn Sie bereits Optional<T> kennen, können Sie bei findEnclosureByName gern damit arbeiten. Ansonsten geben Sie beim Nichtfinden des gesuchten Geheges zunächst klassisch null zurück.

Tip

Zu jeder Klasse können Sie sich das passende Class<T>-Objekt geben lassen: MyClass.class. Darauf stehen Ihnen dann Operationen wie boolean isInstance(Object obj) oder T cast(Object obj) zur Verfügung.

Aufgabe 2: Logging

Fügen Sie nun Logging mit java.util.logginghinzu, um alle Zoo-Aktionen von außen nachvollziehbar zu machen.

Legen Sie dazu in Zoo einen Logger an und loggen Sie in jeder public Zoo-Methode:

  • auf Level INFO den Start/Aufruf der Methode mit den relevanten Parametern,
  • auf Level FINE eine kurze Zustandszusammenfassung nach erfolgreicher Ausführung einer Methoden (z.B. Anzahl Tiere im Zoo),
  • auf Level WARNING, wenn ein angefordertes Tier oder Gehege nicht gefunden wird, und
  • auf Level SEVERE bei schwerwiegenden Inkonsistenzen.

Demonstrieren Sie in einer Demo-Main, wie Sie das Log-Level für Ihren Logger gezielt umschalten können.

Aufgabe 3: Reflektion

Beantworten Sie die folgenden Fragen kurz und prägnant (Stichpunkte sind ausreichend). Geben Sie Ihre Antworten zusammen mit Ihrem Code in Ihrem Repo ab (z.B. im README.md).

  1. Generics
    • Wo helfen Ihnen die Generics im Zoo-Szenario, Fehler bereits zur Compile-Zeit zu vermeiden?
    • Nennen Sie ein Beispiel aus Ihrer Implementierung, bei dem falsche Tier-Gehege-Kombinationen durch den Typchecker verhindert werden.
  2. Logging
    • Warum ist systematisches Logging mit einem Logger und Log-Leveln für ein Zoo-Management-System sinnvoller als Ausgaben mit IO.println?
    • In welchen Situationen würden Sie in Ihrem System die Log-Level INFO, WARNING und ggf. SEVERE verwenden?
  3. Streams
    • Wo haben Ihnen Streams im Vergleich zu klassischen Schleifen beim Formulieren Ihrer Abfragen geholfen? Wo wurde es eher unübersichtlich?

Bearbeitung und Abgabe

  • Bearbeitung: Einzelbearbeitung
  • Abgabe Post Mortem im ILIAS: bis 29. Juni, 08:00 Uhr
  • Vorstellung im Praktikum: 29. Juni / 01. Juli

Unless otherwise noted, this work is licensed under CC BY-SA 4.0.

Last modified: fe51f8b 2026-06-18 update b07 (S26: Generics, Sealed Types, Stream-API, Logging) (#1133)

Footnotes

  1. Ok, wir machen hier Informatik. Vermutlich ist die Biologie nicht ganz korrekt ;-) ↩