Clean - Architecture Erweiterung

.idea/misc.xml

@@ -13,7 +13,7 @@
       </list>
     </option>
   </component>
-  <component name="ProjectRootManager" version="2" languageLevel="JDK_21" default="true" project-jdk-name="19" project-jdk-type="JavaSDK">
+  <component name="ProjectRootManager" version="2" languageLevel="JDK_19" default="true" project-jdk-name="19" project-jdk-type="JavaSDK">
     <output url="file://$PROJECT_DIR$/out" />
   </component>
 </project>

combined.qmd

@@ -0,0 +1,28 @@
+---
+title: "Programmentwurf Advanced SoftwareEngineering"
+subtitle: Für einen [PIC16f84-Simulator (Link)](https://git.paulmartin.cloud/paul/PIC-Simu/src/branch/advancedSE/)
+abstract: Alle für die Vorlesung durchgeführten Änderungen befinden sich im Branch [advancedSE](https://git.paulmartin.cloud/paul/PIC-Simu/src/branch/advancedSE/). Als ursprünglicher Stand kann der [main-Branch](https://git.paulmartin.cloud/paul/PIC-Simu/src/branch/main/) oder [dieser Commit](https://git.paulmartin.cloud/paul/PIC-Simu/src/commit/c8f23176d25701c2de0723cd52bf2faaee121fb0) gesehen werden.
+author:
+    - Luca Müller
+    - Paul Martin 
+date: 05/31/2025
+date-format: "DD.MM.YYYY"
+lang: de
+format:
+    pdf:
+        toc: true
+        number-sections: true
+        colorlinks: true
+crossref:
+    custom:
+      - kind: float
+        reference-prefix: UML-Diagramm
+        key: uml
+        latex-env: uml
+        latex-list-of-description: UML-Diagramme
+---
+
+\listof{uml}{Verzeichnis der UML-Diagramme}
+
+{{< include paul.qmd >}}
+{{< include luca.qmd >}}

luca.qmd

@@ -0,0 +1,511 @@
+---
+lang: de
+format:
+    pdf:
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+        colorlinks: true
+crossref:
+    custom:
+      - kind: float
+        reference-prefix: UML-Diagramm
+        key: uml
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+        latex-list-of-description: UML-Diagramme
+---
+
+# Code Smell 1: Long Method
+
+## Beschreibung des Problems
+
+Das **Long Method** Anti-Pattern tritt auf, wenn eine einzelne Methode zu viele Zeilen Code enthält und multiple Verantwortlichkeiten übernimmt. Eine solche Methode verstößt gegen das **Single Responsibility Principle (SRP)** und führt zu verschiedenen Problemen:
+
+- **Schwere Verständlichkeit**: Entwickler müssen viel Zeit aufwenden, um die gesamte Methode zu durchdringen
+- **Reduzierte Testbarkeit**: Verschiedene Logikbereiche können nicht isoliert getestet werden
+- **Mangelnde Wiederverwendbarkeit**: Teilfunktionalitäten sind nicht separat nutzbar
+- **Erhöhte Fehleranfälligkeit**: Bugs sind schwerer zu lokalisieren und zu beheben
+
+## Praktisches Beispiel
+
+Die folgende Methode `stopRunFromBackend()` zeigt ein typisches Long Method Problem:
+
+### Vorher (Problematischer Code)
+
+```java
+public static void stopRunFromBackend(String message){
+    // Zustandsänderungen
+    isAutoRunActive = false;
+    if (isSleeping)
+        wakeUpFromSleep();
+    else
+        DataRegister.resetPC();
+
+    // UI-Erstellung und -Konfiguration
+    Stage stoppedStage = new Stage();
+    stoppedStage.setTitle("Programm unterbrochen!");
+    VBox vbox = new VBox();
+    vbox.setAlignment(javafx.geometry.Pos.CENTER);
+    Label grundlabel = new Label("Grund: " + message);
+    grundlabel.setStyle("-fx-font-size: 16px; -fx-font-weight: bold;");
+    Label ueberlabel = new Label("Programm unterbrochen!");
+    vbox.getChildren().add(ueberlabel);
+    vbox.getChildren().add(grundlabel);
+    VBox.setMargin(grundlabel, new javafx.geometry.Insets(10, 10, 10, 10));
+    Scene scene = new Scene(vbox, 300, 90);
+    stoppedStage.setAlwaysOnTop(true);
+    stoppedStage.setScene(scene);
+    stoppedStage.show();
+}
+```
+
+### Identifizierte Probleme
+
+- **Vermischte Verantwortlichkeiten**: Die Methode kombiniert Geschäftslogik (Zustandsänderungen) mit UI-Code
+- **Schwere Testbarkeit**: UI-Code kann nicht isoliert von der Geschäftslogik getestet werden
+- **Code-Duplikation**: Wird die Dialog-Funktionalität anderswo benötigt, muss der gesamte UI-Code kopiert werden
+
+## Lösung: Extract Method Refactoring
+
+Die **Extract Method** Technik löst das Problem durch Aufspaltung der langen Methode in kleinere, fokussierte Methoden:
+
+### Nachher (Refactorierter Code)
+
+```java
+public static void stopRunFromBackend(String message){
+    handleExecutionStop();
+    showInterruptionDialog(message);
+}
+
+private static void handleExecutionStop(){
+    isAutoRunActive = false;
+    if (isSleeping)
+        wakeUpFromSleep();
+    else
+        DataRegister.resetPC();
+}
+
+private static void showInterruptionDialog(String message){
+    Stage stoppedStage = new Stage();
+    stoppedStage.setTitle("Programm unterbrochen!");
+
+    VBox vbox = new VBox();
+    vbox.setAlignment(javafx.geometry.Pos.CENTER);
+
+    Label ueberlabel = new Label("Programm unterbrochen!");
+    Label grundlabel = new Label("Grund: " + message);
+    grundlabel.setStyle("-fx-font-size: 16px; -fx-font-weight: bold;");
+
+    vbox.getChildren().addAll(ueberlabel, grundlabel);
+    VBox.setMargin(grundlabel, new javafx.geometry.Insets(10, 10, 10, 10));
+
+    Scene scene = new Scene(vbox, 300, 90);
+    stoppedStage.setAlwaysOnTop(true);
+    stoppedStage.setScene(scene);
+    stoppedStage.show();
+}
+```
+
+## Vorteile der Lösung
+
+- **Klare Trennung der Verantwortlichkeiten**: Geschäftslogik und UI-Code sind getrennt
+- **Verbesserte Lesbarkeit**: Jede Methode hat einen klaren, fokussierten Zweck
+- **Erhöhte Wiederverwendbarkeit**: `showInterruptionDialog()` kann in anderen Kontexten genutzt werden
+- **Bessere Testbarkeit**: Geschäftslogik und UI können separat getestet werden
+
+
+# Code Smell 2: Large Class
+
+## Beschreibung des Problems
+
+Eine **Large Class** entsteht, wenn eine Klasse zu viele Verantwortlichkeiten übernimmt und dadurch überladen wird. Typische Kennzeichen sind:
+
+- **Hohe Anzahl an Instanzvariablen**: Die Klasse verwaltet zu viele verschiedene Datentypen
+- **Viele Methoden**: Unterschiedliche Funktionsbereiche werden in einer Klasse gemischt
+- **Multiple Domänenaspekte**: Logik, Darstellung, Benutzerinteraktion und Statusverwaltung in einer Klasse
+
+## Praktisches Beispiel
+
+Die Klasse `Controller_Frontend` zeigt typische Large Class Probleme:
+
+### Identifizierte Probleme
+
+```java
+public class Controller_Frontend {
+    // GUI-Elemente
+    @FXML private Button startButton;
+    @FXML private Button pauseButton;
+    @FXML private Label statusLabel;
+
+    // Zustandsverwaltung (gehört nicht hierher!)
+    private static boolean isAutoRunActive = false;
+    private static boolean isSleeping = false;
+    private static double executionTimeMultiplier = 1.0;
+
+    // GUI-Steuerung
+    public void handleStart() { /* ... */ }
+    public void handlePause() { /* ... */ }
+
+    // Zustandslogik (gehört nicht hierher!)
+    public void sleep() { isSleeping = true; }
+    public void wakeUpFromSleep() { isSleeping = false; }
+
+    // ... viele weitere Methoden
+}
+```
+
+### Auswirkungen
+
+- **Schwere Wartbarkeit**: Änderungen in einem Bereich können unbeabsichtigte Nebeneffekte verursachen
+- **Reduzierte Testbarkeit**: Verschiedene Aspekte können nicht isoliert getestet werden
+- **Unübersichtlichkeit**: Die Klasse wird schnell unhandlich und schwer verständlich
+- **Violierung des Single Responsibility Principle**: Eine Klasse sollte nur einen Grund zur Änderung haben
+
+## Lösung: Extract Class Refactoring
+
+Die Lösung besteht in der Auslagerung der Zustandsverwaltung in eine separate, spezialisierte Klasse:
+
+### Neue ExecutionState Klasse
+
+```java
+/**
+ * Zentrale Verwaltung aller Ausführungszustände.
+ * Diese Klasse kapselt alle zustandsbezogenen Operationen
+ * und bietet eine saubere API für den Zugriff darauf.
+ */
+public class ExecutionState {
+    private static boolean isAutoRunActive = false;
+    private static boolean isSleeping = false;
+    private static double executionTimeMultiplier = 1.0;
+
+    // AutoRun-Zustand
+    public static boolean isAutoRunActive() {
+        return isAutoRunActive;
+    }
+
+    public static void setAutoRunActive(boolean active) {
+        isAutoRunActive = active;
+    }
+
+    // Sleep-Zustand
+    public static boolean isSleeping() {
+        return isSleeping;
+    }
+
+    public static void sleep() {
+        isSleeping = true;
+    }
+
+    public static void wakeUp() {
+        isSleeping = false;
+    }
+
+    // Ausführungsgeschwindigkeit
+    public static double getExecutionTimeMultiplier() {
+        return executionTimeMultiplier;
+    }
+
+    public static void setExecutionTimeMultiplier(double multiplier) {
+        if (multiplier > 0) {
+            executionTimeMultiplier = multiplier;
+        }
+    }
+
+    // Hilfsmethoden
+    public static void reset() {
+        isAutoRunActive = false;
+        isSleeping = false;
+        executionTimeMultiplier = 1.0;
+    }
+}
+```
+
+### Refactorierte Controller Klasse
+
+```java
+public class Controller_Frontend {
+    // Nur noch GUI-Elemente
+    @FXML private Button startButton;
+    @FXML private Button pauseButton;
+    @FXML private Label statusLabel;
+
+    // Verwendung der ExecutionState Klasse
+    public void stopRunFromBackend(String message) {
+        ExecutionState.setAutoRunActive(false);
+
+        if (ExecutionState.isSleeping()) {
+            ExecutionState.wakeUp();
+        } else {
+            DataRegister.resetPC();
+        }
+
+        showInterruptionDialog(message);
+    }
+
+    // Weitere GUI-Methoden...
+}
+```
+
+## Vorteile der Lösung
+
+- **Klare Verantwortlichkeiten**: Controller fokussiert sich auf GUI, ExecutionState auf Zustandsverwaltung
+- **Verbesserte Testbarkeit**: Zustandslogik kann isoliert getestet werden
+- **Erhöhte Wiederverwendbarkeit**: ExecutionState kann in anderen Klassen genutzt werden
+- **Bessere Wartbarkeit**: Änderungen an der Zustandslogik betreffen nur eine Klasse
+
+
+# Code Smell 3: Shotgun Surgery
+
+## Beschreibung des Problems
+
+**Shotgun Surgery** tritt auf, wenn eine kleine fachliche Änderung Modifikationen an vielen verschiedenen Stellen im Code erfordert. Dieses Anti-Pattern entsteht durch:
+
+- **Zu starke Verteilung**: Zusammengehörige Funktionalität ist über viele Klassen und Methoden verstreut
+- **Mangelnde Kapselung**: Ähnliche Operationen sind nicht zentral gebündelt
+- **Duplizierte Logik**: Gleiche oder ähnliche Code-Fragmente existieren an mehreren Stellen
+
+## Praktisches Beispiel
+
+Die Schlafmodus-Funktionalität war ursprünglich über mehrere Bereiche verteilt:
+
+### Vor dem Refactoring (Problematische Verteilung)
+
+```java
+// In Controller_Frontend
+private boolean isSleeping = false;
+
+public void enterSleepMode() {
+    isSleeping = true;
+    // Logging hier
+    System.out.println("Entering sleep mode");
+}
+
+// In ExecutionEngine
+private boolean sleepState = false;
+
+public void pauseExecution() {
+    sleepState = true;
+    // Ähnliches Logging dort
+    System.out.println("Execution paused - sleep mode");
+}
+
+// In StatusManager
+public void checkSleepStatus() {
+    if (someCondition) {
+        // Wieder ähnlicher Code
+        setSleeping(true);
+        System.out.println("Sleep mode activated");
+    }
+}
+```
+
+### Identifizierte Probleme
+
+- **Mehrfache Implementierung**: Sleep-Logik existiert in verschiedenen Varianten
+- **Inkonsistente Zustände**: Verschiedene Klassen können unterschiedliche Sleep-Zustände haben
+- **Hoher Änderungsaufwand**: Neue Sleep-Features müssen an mehreren Stellen implementiert werden
+- **Fehleranfälligkeit**: Beim Hinzufügen neuer Funktionen können leicht Stellen vergessen werden
+
+## Lösung: Zentralisierung durch Extract Class
+
+Die Lösung besteht in der Konsolidierung aller sleep-bezogenen Operationen in der `ExecutionState` Klasse:
+
+### Zentralisierte Lösung
+
+```java
+public class ExecutionState {
+    private static boolean isSleeping = false;
+    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(ExecutionState.class);
+
+    /**
+     * Aktiviert den Schlafmodus mit einheitlichem Logging und Zustandsmanagement
+     */
+    public static void sleep() {
+        if (!isSleeping) {
+            isSleeping = true;
+            logger.info("Sleep mode activated");
+            notifyStateChange("SLEEP_ACTIVATED");
+        }
+    }
+
+    /**
+     * Deaktiviert den Schlafmodus
+     */
+    public static void wakeUp() {
+        if (isSleeping) {
+            isSleeping = false;
+            logger.info("Waking up from sleep mode");
+            notifyStateChange("SLEEP_DEACTIVATED");
+        }
+    }
+
+    /**
+     * Überprüft den aktuellen Schlafzustand
+     */
+    public static boolean isSleeping() {
+        return isSleeping;
+    }
+
+    /**
+     * Erweiterte Sleep-Funktionalität mit Timeout
+     */
+    public static void sleepWithTimeout(long milliseconds) {
+        sleep();
+        Timer timer = new Timer();
+        timer.schedule(new TimerTask() {
+            @Override
+            public void run() {
+                wakeUp();
+            }
+        }, milliseconds);
+    }
+
+    private static void notifyStateChange(String event) {
+        // Zentrale Benachrichtigung für alle interessierten Komponenten
+        EventBus.getInstance().publish(new StateChangeEvent(event));
+    }
+}
+```
+
+### Vereinfachte Nutzung in anderen Klassen
+
+```java
+// In Controller_Frontend
+public void handleSleepButton() {
+    ExecutionState.sleep();
+    updateUI();
+}
+
+// In ExecutionEngine
+public void pauseIfNeeded() {
+    if (shouldPause()) {
+        ExecutionState.sleep();
+    }
+}
+
+// In StatusManager
+public void checkAndActivateSleep() {
+    if (criticalCondition()) {
+        ExecutionState.sleepWithTimeout(5000); // 5 Sekunden Sleep
+    }
+}
+```
+
+## Vorteile der Lösung
+
+- **Einheitliche Implementierung**: Alle sleep-bezogenen Operationen verwenden dieselbe Logik
+- **Zentrale Wartung**: Änderungen müssen nur an einer Stelle vorgenommen werden
+- **Konsistente Zustände**: Nur eine Quelle der Wahrheit für den Sleep-Zustand
+- **Erweiterte Funktionalität**: Neue Features (wie Timeout) können zentral hinzugefügt werden
+- **Bessere Nachverfolgbarkeit**: Einheitliches Logging und Event-System
+
+# Anwendung von Programmierprinzipien im Projekt
+
+## Einleitung
+Im Rahmen der Refaktorisierung und Weiterentwicklung des Projekts wurde besonderer Fokus auf die Einhaltung zentraler Programmierprinzipien gelegt. Die folgenden Prinzipien wurden gezielt analysiert und angewendet:
+
+## 1. SOLID-Prinzipien
+
+### Single Responsibility Principle (SRP)
+Die Methode `stopRunFromBackend()` wurde in zwei unabhängige Methoden aufgeteilt:
+
+```java
+public void stopRunFromBackend(String message) {
+    ExecutionState.setAutoRunActive(false);
+    handleSleepOrReset();
+    showStopDialog(message);
+}
+
+private void handleSleepOrReset() {
+    if (ExecutionState.isSleeping()) {
+        ExecutionState.wakeUp();
+    } else {
+        dataRegister.resetPC();
+    }
+}
+
+private static void showStopDialog(String message) {
+    // GUI-Erzeugung...
+}
+```
+
+### Open/Closed Principle (OCP)
+Die Klasse `ExecutionState` kapselt erweiterbare Zustandslogik, ohne dass bestehende Methoden geändert werden müssen:
+
+```java
+public class ExecutionState {
+    private static boolean isAutoRunActive;
+    private static boolean isSleeping;
+
+    public static boolean isSleeping() { return isSleeping; }
+    public static void wakeUp() { isSleeping = false; }
+    public static void setAutoRunActive(boolean value) {
+        isAutoRunActive = value;
+    }
+}
+```
+
+### Liskov Substitution Principle (LSP)
+`Controller_Frontend` implementiert ein Interface, wodurch die Substituierbarkeit gemäß LSP gewährleistet ist:
+
+```java
+public class Controller_Frontend extends PICComponent
+implements FrontendControllerInterface { }
+
+public void resetPC() {
+    programCounter = 0;
+}
+```
+
+### Interface Segregation Principle (ISP)
+Spezialisierte Interfaces sorgen dafür, dass Klassen nur relevante Funktionen implementieren:
+
+```java
+public interface TimerInterface {
+    void start();
+    void stop();
+    int getCurrentTime();
+}
+```
+
+### Dependency Inversion Principle (DIP)
+Zentrale Komponenten wie `PICComponentLocator` und Interfaces lösen die Abhängigkeit von konkreten Klassen:
+
+```java
+private PICComponentLocator picComponents;
+```
+
+## 2. GRASP-Prinzipien
+
+### Low Coupling
+Die Kopplung im Projekt ist durch Verwendung zentraler Zugriffsklassen wie `PICComponentLocator` gering gehalten.
+
+```java
+private PICComponentLocator picComponents;
+```
+
+### High Cohesion
+Funktionen übernehmen jeweils thematisch zusammenhängende Aufgaben:
+
+```java
+public static void showStopDialog(String message) {
+    Stage stoppedStage = new Stage();
+    VBox vbox = new VBox();
+    Label grundlabel = new Label("Grund: " + message);
+    // GUI-Details ausgelassen
+    stoppedStage.show();
+}
+```
+
+## 3. DRY – Don’t Repeat Yourself
+Wiederverwendbare Logik zur Statuskontrolle wurde in `ExecutionState` gekapselt. GUI-Erzeugung findet zentral in `showStopDialog()` statt:
+
+```java
+public class ExecutionState {
+    private static boolean isSleeping;
+    public static boolean isSleeping() { return isSleeping; }
+    public static void wakeUp() { isSleeping = false; }
+}
+
+private static void showStopDialog(String message) {
+    // einmal zentral definierte GUI-Logik
+}

paul.qmd

@@ -0,0 +1,317 @@
+---
+lang: de
+format:
+    pdf:
+        toc: true
+        number-sections: true
+        colorlinks: true
+crossref:
+    custom:
+      - kind: float
+        reference-prefix: UML-Diagramm
+        key: uml
+        latex-env: uml
+        latex-list-of-description: UML-Diagramme
+---
+
+{{< pagebreak >}}
+
+# Entwurfsmuster
+Zusätzlich zu den beiden im Folgenden dargestellten Entwursmustern benutzen wir einen [Service Locator](https://en.wikipedia.org/wiki/Service_locator_pattern), der zu den [Architectural Patterns](https://en.wikipedia.org/wiki/Architectural_pattern) zählt. Dieses Pattern nutzt ein `HashMap`, in der verschiedene Komponenten des Programms gespeichert werden, um das Komponenten-Management zu vereinfachen und explizite Abhängigkeiten der Komponenten untereinander zu vermeiden, die das Initialisieren der einzelnen Komponenten erschweren könnten. 
+In unserem Projekt fungiert [`PICComponentLocator`](https://git.paulmartin.cloud/paul/PIC-Simu/src/commit/c38835fd7b47c662a344c9ab2c41e0527760bd61/src/main/java/fabrik/simulator/pic16f84/PICComponentLocator.java) als dieser Locator. Er besitzt einen `componentCatalogue` als Member, der eine `Map<Class<? extends PICComponentInterface>, PICComponentInterface>` ist. Das bedeutet, dass alle Klassen, die durch den Locator gemanaget werden sollen, das `PICComponentInterface` implementieren müssen. 
+
+Um nicht bei allen Zugriffen die `PICComponentLocator.getComponent()` ausführen zu müssen, wurde zusätzlich die `abstract` Klasse `PICComponent` [eingeführt]. Sie besitzt als Member alle implementierten Komponenten, also sollten neue Komponenten ebenfalls das Interface implementieren und als Member in `PICComponent` angelegt werden. Alle Komponenten können diese Klasse `extend`en und dadurch auch alle weiteren Komponenten als Member haben, dies ist auch in @uml-observer dargestellt [^1]. Durch die `initialize`-Funktion des `PICComponent` werden durch einen Aufruf der `PICComponentLocator.initAll()` alle Member vom Locator geholt. 
+
+## Marker-Entwurfsmuster
+[Marker-Patterns](https://en.wikipedia.org/wiki/Marker_interface_pattern) werden allgemein genutzt, um Klassen Metadaten zuzuordnen. In unserem Projekt stellen die `FrontendSpecific`-Interfaces Marker dar, die genutzt werden um zu kommunizieren, dass Klassen andere Klassen benötigen, die Frontend-spezifisch sind und somit besonders beachtet werden müssen. So können alle [`Interface`s](LINK ZU ORDNER) definiert werden ohne direkt von fremdem Code abhängig zu sein. Bei möglichen anderen Frontend-Implementierungen müssten entsprechend nur die passenden Klassen die jeweiligen Interfaces implementieren und nichts an den Interfaces ändern.
+Eingeführt wurden die `FrontendSpecific`s in [diesem Commit](https://git.paulmartin.cloud/paul/PIC-Simu/commit/06e934801645e32dea5415ccb4f38368a1667df6) ([hier](https://git.paulmartin.cloud/paul/PIC-Simu/commit/ef3b0fce5f9b6cce06494ff6ce59f5534064e7d2) verfollständigt). Es wurde zunächst ein `FrontendSpecificObject`-Interface angelegt, das alle Frontend-spezifischen Klassen beschreibt, die von Methoden anderer Klassen genutzt werden (sprich, die in den  [`Interface`s](https://git.paulmartin.cloud/paul/PIC-Simu/src/commit/f28603843d7ef6cbf4666ab2b2ceda02ca411eb7/src/main/java/fabrik/simulator/pic16f84/interfaces) vorkommen). Es ist - entsprechend des Marker-Patterns - komplett leer [definiert](https://git.paulmartin.cloud/paul/PIC-Simu/src/commit/f28603843d7ef6cbf4666ab2b2ceda02ca411eb7/src/main/java/fabrik/simulator/pic16f84/frontendspecifics/FrontendSpecificObject.java):
+```java
+public interface FrontendSpecificObject { 
+}
+```
+Zusätzlich gibt es für spezifische Frontend-Klassen auch `FrontendSpecific`-Interfaces, sodass nach wie vor nur bestimmte Klassen über- bzw. zurückgegeben werden können. Diese spezifischen Interfaces sind ebenfalls leer, nur nutzen sie `extends FrontendSpecificObject` um zu verdeutlichen, dass sie zu den allgemeinen `FrontendSpecificObject`s gehören. Hier beispielsweise [`FrontendSpecificCircle`](https://git.paulmartin.cloud/paul/PIC-Simu/src/commit/ef3b0fce5f9b6cce06494ff6ce59f5534064e7d2/src/main/java/fabrik/simulator/pic16f84/frontendspecifics/FrontendSpecificCircle.java):
+```java
+public interface FrontendSpecificCircle extends FrontendSpecificObject {
+}
+```
+Tatsächlich genutzt werden die `FrontendSpecific`-Interfaces von [Circle], [ToggleButtonGroup] und [Vbox]. Sie `extenden` ihr jeweiliges `JavaFX`-Pendant und `implementen` ihr jeweiliges `FrontendSpecific`-Interface. Darüber hinaus implementieren sie nur die nötigen (also im Code tatsächlich genutzten) Konstruktoren, die wiederum nur `super()` aufrufen, hier bspw. [`ToggleButtonGroup`]:
+```java
+public class ToggleButtonGroup extends 
+              com.gluonhq.charm.glisten.control.ToggleButtonGroup 
+                implements FrontendSpecificToggleButtonGroup {
+    public ToggleButtonGroup(){
+        super();
+    }
+
+    public ToggleButtonGroup(ToggleButton... toggles) {
+        super(toggles);
+    }    
+}
+```
+Alle für das Marker-Pattern eingeführten Klassen sind in @uml-marker erkennbar [^1]:
+
+::: {#uml-marker}
+
+```{mermaid}
+%%| fig-width: 6.5
+classDiagram
+direction TB
+class FrontendSpecificObject {
+    <<Interface>>
+}
+class FrontendSpecificToggleButtonGroup {
+    <<Interface>>
+}
+class ToggleButtonGroup {
+    public ToggleButtonGroup()
+    public ToggleButtonGroup(ToggleButton... toggles)
+}
+
+class `com.gluonhq.charm.glisten.control.ToggleButtonGroup` {
+    ...
+    ....()
+}
+
+FrontendSpecificObject <|-- FrontendSpecificToggleButtonGroup : << extends >>
+FrontendSpecificToggleButtonGroup <|-- ToggleButtonGroup : << implements >>
+`com.gluonhq.charm.glisten.control.ToggleButtonGroup` <|-- ToggleButtonGroup : << extends >>
+
+class FrontendSpecificVBox{
+    <<Interface>>
+}
+class VBox {
+    public VBox()
+}
+
+class `javafx.scene.layout.VBox` {
+    ...
+    ....()
+}
+
+FrontendSpecificObject <|-- FrontendSpecificVBox : << extends >>
+FrontendSpecificVBox <|-- VBox : << implements >>
+`javafx.scene.layout.VBox` <|-- VBox : << extends >>
+
+class FrontendSpecificCircle {
+    <<Interface>>
+}
+class Circle {
+    public Circle()
+}
+
+class `javafx.scene.shape.Circle` {
+    ...
+    ....()
+}
+
+
+FrontendSpecificObject <|-- FrontendSpecificCircle : << extends >>
+FrontendSpecificCircle <|-- Circle : << implements >>
+`javafx.scene.shape.Circle` <|-- Circle : << extends >>
+
+class PICComponentInterface{
+    <<Interface>>
+    + initialize(PICComponentLocator picComponents)
+}
+
+class WindowManagement{
+    <<Interface>>
+    refreshTable()$
+    startFromMain(String[] args)$
+}
+
+FrontendSpecificObject <|-- WindowManagement : << extends >>
+PICComponentInterface <|-- WindowManagement : << extends >>
+
+```
+
+Das genutzte Marker-Pattern und alle seine Verwendungen.
+:::
+## Beobachter- (/Observer-) Entwurfsmuster
+[Beobachter-Entwurfsmuster](https://en.wikipedia.org/wiki/Observer_pattern) werden genutzt, damit ein Subjekt mehrere Beobachter über eine Zustandsänderung informieren kann. In unserem Projekt passiert das bei einer Änderung der `totalExecutionTime`. Das Subjekt `ExecutionTimeSubject` führt hierbei ein `Set` an Beobachtern, die bei uns durch das Interface `ExecutionTimeObserver` repräsentiert werden, welches durch die `registerObserver`- und `unregisterObserver`-Funktionen verwaltet werden kann. Bei einer Zustandsänderung muss die `notifyObservers`-Funktion aufgerufen werden, welche für alle Observer die im Interface spezifizierte `executionTimeChanged`-Funktion aufruft. Die Implementierung wurde [hier](https://git.paulmartin.cloud/paul/PIC-Simu/commit/85bc6e9ebae4655ba3ad7ee360332010edc910dd) begonnen, [hier](https://git.paulmartin.cloud/paul/PIC-Simu/commit/cf6bcd8498cd2d03e85b0c5f6faaaed935d3a155) vereinfacht um das Threading des Frontends zu respektieren und [hier](https://git.paulmartin.cloud/paul/PIC-Simu/commit/52d63523341179c3c49e0ac31a60a8d7c11cdddc) in die letzten Tests eingefügt.
+In der aktuellen Umsetzung übernimmt die [`Commands`](https://git.paulmartin.cloud/paul/PIC-Simu/src/commit/ef3b0fce5f9b6cce06494ff6ce59f5534064e7d2/src/main/java/fabrik/simulator/pic16f84/Commands.java)-Klasse gleichzeitig die Rolle des `ExecutionTimeSubject`s und `CommandsInterface`s. Deshalb [wird in der `Main`-Klasse](https://git.paulmartin.cloud/paul/PIC-Simu/src/commit/85bc6e9ebae4655ba3ad7ee360332010edc910dd/src/main/java/fabrik/simulator/pic16f84/Main.java) das `Commands`-Objekt dem `ComponentLocator` sowohl für die `ExecutionTimeSubject.class` als auch für die `CommandInterface.class` hinzugefügt. `ExecutionTimeObserver` sind die Klassen, die vorher `commands.getTotalExecutionTime()` gepollt haben. Die Implementierung dieses Entwursmusters ist in @uml-observer erkennbar [^1]:
+
+:::{#uml-observer}
+
+```{mermaid}
+%%| fig-width: 6.5
+classDiagram
+direction TB
+class PICComponentInterface{
+    <<Interface>>
+    + initialize(PICComponentLocator picComponents)
+}
+
+
+class CommandInterface {
+    <<Interface>> 
+    + CALL(int isr);
+
+    + get_wRegister();
+
+    + decode(int i);
+}
+
+
+class PICComponent{
+    <<Abstract>>
+    # DataRegisterInterface dataRegister
+    ...
+
+    + initialize(PICComponentLocator locator)
+}
+
+
+class ExecutionTimeSubject{
+    <<Abstract>>
+    - Set~ExecutionTimeObserver~ observers
+
+    + registerObserver(ExecutionTimeObserver observer)
+    + unregisterObserver(ExecutionTimeObserver observer)
+    + getTotalExecutionTime()
+    + addExecutionTime(int i)
+    + getExecutionTimeMultiplier()
+    # notifyObservers()
+    ....()
+}
+
+
+class Commands{
+    - wRegister
+    - totalExecutionTime
+    - executionTimeMultiplier
+    ....()
+}
+
+class FrontendSpecificObject {
+    <<Interface>>
+}
+
+class FrontendControllerInterface{
+    <<Interface>>
+    + getPORTbuttons() FrontendSpecificToggleButtonGroup[]
+    + getTRISbuttons() FrontendSpecificToggleButtonGroup[]
+    + stopRunFromBackend(String watchdogTimer)
+}
+
+
+class Controller_Frontend {
+    ...
+    ....()
+}
+
+class TimerInterface {
+    <<Interface>>
+    + cycles(int i)
+    + incrementFromPin(int directRegister)
+    + increment(boolean manual)
+}
+
+class Timer {
+    ...
+    ....()
+}
+
+
+class EEPROMInterface {
+    <<Interface>>
+    registerTime(double executionTime, boolean b)
+    parse(int i, int content, int i1)
+    read(int address) long
+    write(int address, long data)
+}
+
+class EEPROM {
+    ...
+    ....()
+}
+
+
+class ExecutionTimeObserver {
+    <<Interface>>
+    + executionTimeChanged()
+}
+
+ExecutionTimeObserver <|-- Timer : << implements >>
+TimerInterface <|-- Timer : << implements >>
+PICComponent <|-- Timer : << extends >> 
+PICComponentInterface <|-- TimerInterface : << extends >> 
+PICComponentInterface <|-- EEPROMInterface : << extends >> 
+ExecutionTimeObserver <|-- EEPROM : << implements >>
+EEPROMInterface <|-- EEPROM : << implements >>
+PICComponent <|-- EEPROM : << extends >> 
+ExecutionTimeObserver <|-- Controller_Frontend : << implements >>
+PICComponent <|-- Controller_Frontend : << extends >> 
+PICComponentInterface <|-- PICComponent : << implements >>
+PICComponentInterface <|-- FrontendControllerInterface : << extends >> 
+FrontendControllerInterface <|-- Controller_Frontend : << implements >>
+FrontendSpecificObject <|-- FrontendControllerInterface : << extends >> 
+CommandInterface <|-- Commands : << implements >> 
+ExecutionTimeSubject <|-- Commands : << extends >>
+PICComponent <|-- ExecutionTimeSubject : << extends >> 
+PICComponentInterface <|-- CommandInterface : << extends >>
+
+```
+
+Das genutzte Observer-Pattern und seine Verwendungen im (Nicht-Test-) Code. 
+:::
+
+[^1]: Für das Pattern unwichtige Funktionen und Variablen wurden ausgelassen
+
+
+# Clean Architecture
+
+Die Clean Architecture ist darauf ausgelegt, Softwareprojekte langfristig betreibbar, flexibel und wartbar zu halten. Dazu wird das Projekt in **konzentrische Schichten** unterteilt, in denen die **Abhängigkeitsrichtung stets von außen nach innen** verläuft – die sogenannte *Dependency Rule*. Der Kern der Anwendung bleibt dabei vollständig unabhängig von technischen Details wie Benutzeroberflächen, Datenbanken oder Netzwerken.
+
+In unserem Projekt haben wir diese Schichtarchitektur wie folgt umgesetzt:
+
+## 1. Interface/Adapter-Schicht
+
+Diese Schicht enthält alle Klassen, die als Schnittstelle zwischen der Anwendung und der Benutzeroberfläche dienen.
+Dazu zählen alle Klassen im Package, `fabrik.simulator.pic16f84.frontendspecifics` insbesondere:
+
+- `Controller_Frontend`
+- `CreateWindow`
+- `IOPorts`
+- `ToggleButtonGroupExt`
+
+Diese Klassen erben vom `FrontendSpecificObject` und sind spezifisch für die grafische Oberfläche. Sie implementieren die Schnittstellen der inneren Schichten und leiten Benutzerinteraktionen weiter.
+
+## 2. Application Code
+
+Die nächstinnere Schicht beinhaltet die anwendungsspezifische Logik – unsere *Use Cases*. Dazu zählen sämtliche Klassen im Package `fabrik.simulator.pic16f84`, **sofern sie nicht vom `FrontendSpecificObject` erben**. Diese Schicht ist weitgehend unabhängig von der GUI und bleibt stabil, selbst wenn sich die Darstellung oder Eingabeform ändert.
+Diese Klassen gehören zur Anwendungslogik:
+
+- `Timer`
+- `PreScaler`
+- `WatchdogTimer`
+- `ProgrammStack`
+
+## Main-Klasse als Plugin
+
+Die `Main`-Klasse bildet den äußeren Rahmen (Plugin-Schicht) und initialisiert die gesamte Anwendung:
+
+- Es werden alle Objekte erzeugt und dem `Locator` zugewiesen.
+- Das `WindowManagement` startet das Frontend.
+
+Ein besonders interessanter Aspekt: Wenn man sämtliche Referenzen auf das Frontend (z. B. in Zeile 19, 20, 23) entfernt, lässt sich die App **trotzdem erfolgreich starten und nutzen**. Das zeigt, dass die Schichten entkoppelt sind – ein zentrales Ziel der Clean Architecture.
+
+\newpage
+
+## Visualisierung
+
+```{mermaid}
+flowchart TB
+    subgraph Interface/Adapter-Schicht
+        A1[Controller_Frontend, CreateWindow, IOPorts, ToggleButtonGroupExt]
+    end
+    subgraph Application Code
+        A2[Use Cases, WatchdogTimer, PreScaler, ProgrammStack, Timer]
+    end
+    subgraph Plugin-Schicht
+        A3[Main.java]
+    end
+
+    A3 --> A1
+    A1 --> A2
+```

src/main/java/fabrik/simulator/pic16f84/Controller_Frontend.java

@@ -1,6 +1,7 @@
 package fabrik.simulator.pic16f84;
 
 
+import fabrik.simulator.pic16f84.frontendspecifics.Circle;
 import fabrik.simulator.pic16f84.frontendspecifics.FrontendSpecificToggleButtonGroup;
 import fabrik.simulator.pic16f84.frontendspecifics.ToggleButtonGroup;
 
@@ -14,7 +15,6 @@ import javafx.fxml.FXML;
 import javafx.scene.Scene;
 import javafx.scene.control.*;
 import javafx.scene.layout.VBox;
-import javafx.scene.shape.Circle;
 import javafx.stage.FileChooser;
 
 import java.io.File;

src/main/java/fabrik/simulator/pic16f84/ExecutionTimeSubject.java

@@ -4,9 +4,8 @@ import java.util.HashSet;
 import java.util.Set;
 
 import fabrik.simulator.pic16f84.interfaces.ExecutionTimeObserver;
-import fabrik.simulator.pic16f84.interfaces.PICComponentInterface;
 
-public abstract class ExecutionTimeSubject extends PICComponent implements PICComponentInterface{
+public abstract class ExecutionTimeSubject extends PICComponent{
     private Set<ExecutionTimeObserver> observers;
     
     public ExecutionTimeSubject(){
@@ -24,8 +23,8 @@ public abstract class ExecutionTimeSubject extends PICComponent implements PICCo
     }
 
     protected void notifyObservers(){
-            observers.forEach(o -> o.executionTimeChanged());
+        observers.forEach(o -> o.executionTimeChanged());
-        }
+    }
         
     public double getTotalExecutionTime(){
         throw new UnsupportedOperationException("No class implements ExecutionTimeSubject correctly!");

src/main/java/fabrik/simulator/pic16f84/IOPorts.java

@@ -1,5 +1,7 @@
 package fabrik.simulator.pic16f84;
 
+import fabrik.simulator.pic16f84.frontendspecifics.Circle;
+import fabrik.simulator.pic16f84.frontendspecifics.FrontendSpecificCircle;
 import fabrik.simulator.pic16f84.frontendspecifics.FrontendSpecificToggleButtonGroup;
 import fabrik.simulator.pic16f84.frontendspecifics.ToggleButtonGroup;
 import fabrik.simulator.pic16f84.interfaces.*;
@@ -8,7 +10,6 @@ import javafx.scene.control.ToggleButton;
 import javafx.scene.paint.Color;
 import javafx.scene.paint.RadialGradient;
 import javafx.scene.paint.Stop;
-import javafx.scene.shape.Circle;
 
 import java.io.IOException;
 
@@ -187,9 +188,9 @@ public class IOPorts extends PICComponent implements IOPortInterface {
         }
     }
 
-    public void setLEDs (Circle[] a, Circle[] b){
+    public void setLEDs (FrontendSpecificCircle[] a, FrontendSpecificCircle[] b){
-        allLEDsA = a;
+        allLEDsA = (Circle []) a;
-        allLEDsB = b;
+        allLEDsB = (Circle []) b;
     }
 
     public void refreshTable(ToggleButtonGroup parent) {

src/main/java/fabrik/simulator/pic16f84/PICComponent.java

@@ -2,20 +2,20 @@ package fabrik.simulator.pic16f84;
 
 import fabrik.simulator.pic16f84.interfaces.*;
 
-public abstract class PICComponent {
+public abstract class PICComponent implements PICComponentInterface{
-    DataRegisterInterface dataRegister;
+    protected DataRegisterInterface dataRegister;
-    EEPROMInterface eeprom;
+    protected EEPROMInterface eeprom;
-    PreScalerInterface preScaler;
+    protected PreScalerInterface preScaler;
-    IOPortInterface ioPorts;
+    protected IOPortInterface ioPorts;
-    TimerInterface timer;
+    protected TimerInterface timer;
-    InterruptInterface interrupts;
+    protected InterruptInterface interrupts;
-    TableInterface table;
+    protected TableInterface table;
-    FrontendControllerInterface frontendController;
+    protected FrontendControllerInterface frontendController;
-    WatchdogTimerInterface watchdogTimer;
+    protected WatchdogTimerInterface watchdogTimer;
-    ProgramStackInterface programStack;
+    protected ProgramStackInterface programStack;
-    CommandInterface commands;
+    protected CommandInterface commands;
-    ExecutionTimeSubject executionTime;
+    protected ExecutionTimeSubject executionTime;
-    ToggleButtonInterface toggleButtonExt;
+    protected ToggleButtonInterface toggleButtonExt;
 
     public void initialize(PICComponentLocator locator) {
         toggleButtonExt = locator.getComponent(ToggleButtonInterface.class);

src/main/java/fabrik/simulator/pic16f84/frontendspecifics/Circle.java

@@ -0,0 +1,8 @@
+package fabrik.simulator.pic16f84.frontendspecifics;
+
+
+public class Circle extends javafx.scene.shape.Circle implements FrontendSpecificCircle {
+    public Circle () {
+        super();
+    }
+}

src/main/java/fabrik/simulator/pic16f84/frontendspecifics/FrontendSpecificCircle.java

@@ -0,0 +1,4 @@
+package fabrik.simulator.pic16f84.frontendspecifics;
+
+public interface FrontendSpecificCircle extends FrontendSpecificObject {
+}

src/main/java/fabrik/simulator/pic16f84/interfaces/CommandInterface.java

@@ -6,7 +6,4 @@ public interface CommandInterface extends PICComponentInterface {
     int get_wRegister();
 
     void decode(int i);
-
-
-
 }

src/main/java/fabrik/simulator/pic16f84/interfaces/IOPortInterface.java

@@ -1,9 +1,8 @@
 package fabrik.simulator.pic16f84.interfaces;
 
-import javafx.scene.shape.Circle;
-
 import java.io.IOException;
 
+import fabrik.simulator.pic16f84.frontendspecifics.FrontendSpecificCircle;
 import fabrik.simulator.pic16f84.frontendspecifics.FrontendSpecificObject;
 import fabrik.simulator.pic16f84.frontendspecifics.FrontendSpecificToggleButtonGroup;
 
@@ -24,7 +23,7 @@ public interface IOPortInterface extends PICComponentInterface, FrontendSpecific
 
     void reset();
 
-    void setLEDs(Circle[] allLEDsA, Circle[] allLEDsB);
+    void setLEDs(FrontendSpecificCircle[] allLEDsA, FrontendSpecificCircle[] allLEDsB);
 
     void setLEDs(boolean[] booleans);
 }

src/main/java/fabrik/simulator/pic16f84/interfaces/TableInterface.java

@@ -1,7 +1,6 @@
 package fabrik.simulator.pic16f84.interfaces;
 
 import fabrik.simulator.pic16f84.frontendspecifics.FrontendSpecificVBox;
-import javafx.scene.layout.VBox;
 
 public interface TableInterface extends PICComponentInterface {
     void refresh();

src/main/java/fabrik/simulator/pic16f84/interfaces/WindowManagement.java

@@ -1,6 +1,8 @@
 package fabrik.simulator.pic16f84.interfaces;
 
-public interface WindowManagement extends PICComponentInterface {
+import fabrik.simulator.pic16f84.frontendspecifics.FrontendSpecificObject;
+
+public interface WindowManagement extends PICComponentInterface, FrontendSpecificObject {
     static void refreshTable() {}
 
     static void startFromMain(String[] args) {}

src/test/java/fabrik/simulator/pic16f84/EEPROMTests.java

@@ -47,6 +47,9 @@ class EEPROMTests {
         DataRegisterInterface mockDataRegister = Mockito.mock(DataRegisterInterface.class);
         picComponents.registerComponent(DataRegisterInterface.class, mockDataRegister);
 
+        ExecutionTimeSubject mockExecutionTime = mock(ExecutionTimeSubject.class);
+        picComponents.registerComponent(ExecutionTimeSubject.class, mockExecutionTime);
+
         EEPROMInterface eeprom = new EEPROM();
         picComponents.registerComponent(EEPROMInterface.class, eeprom);
         picComponents.initAll();
@@ -97,6 +100,9 @@ class EEPROMTests {
         CommandInterface mockCommands = mock(CommandInterface.class);
         picComponents.registerComponent(CommandInterface.class, mockCommands);
 
+        ExecutionTimeSubject mockExecutionTime = mock(ExecutionTimeSubject.class);
+        picComponents.registerComponent(ExecutionTimeSubject.class, mockExecutionTime);
+
         EEPROMInterface eeprom = new EEPROM();
         picComponents.registerComponent(EEPROMInterface.class, eeprom);
         picComponents.initAll();
@@ -122,6 +128,9 @@ class EEPROMTests {
         CommandInterface mockCommands = mock(CommandInterface.class);
         picComponents.registerComponent(CommandInterface.class, mockCommands);
 
+        ExecutionTimeSubject mockExecutionTime = mock(ExecutionTimeSubject.class);
+        picComponents.registerComponent(ExecutionTimeSubject.class, mockExecutionTime);
+
         EEPROMInterface eeprom = new EEPROM();
         picComponents.registerComponent(EEPROMInterface.class, eeprom);
         picComponents.initAll();