{
 "cells": [
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "## Seminarplatz-Vergabe\n",
    "\n",
    "In folgendem Problem geht es darum, dass eine Gruppe von Studierenden einen oder mehrere Seminarplätze in einem Kurs bekommen sollen. Es 8 Seminargruppen mit insgesamt 40 Plätzen, diese sind in der Tabelle `seminar_sessions` abgelegt.\n",
    "\n",
    "Bei einer Anmeldung einer einzelnen Person wird die Anzahl der Plätze in der Tabelle `seminar_sessions` um 1 reduziert und ein Eintrag in der Tabelle `seminar_registrations` erstellt. Dies darf natürlich nur passieren, wenn noch Plätze verfügbar sind.\n",
    "\n",
    "Die Anzahl der vergebenen Plätze in der Tabelle `seminar_registrations` und die Anzahl der verfügbaren Plätze in der Tabelle `seminar_sessions` müssen konsistent sein, also in der Summe 40 ergeben.\n",
    "\n",
    "In einem Lasttest mit mehreren Threads zeigt sich: Die Anzahl der vergebenen Plätze in der Tabelle `seminar_registrations` und die Anzahl der verfügbaren Plätze in der Tabelle `seminar_sessions` sind nicht konsistent! \n",
    "\n",
    "### Ihre Aufgabe:\n",
    "Führen Sie geeignete Transaktionen ein, um die Konsistenz zu gewährleisten!\n",
    "\n",
    "Implementierungen Sie dazu zunächst die Funktionen, die mit TODO gekennzeichnet sind, und passen Sie die Funktion `reserve_seat` an, um die Konsistenz zu gewährleisten.\n",
    "\n",
    "Am Code des Lasttests müssen Sie nichts ändern, er dient nur dazu, das Problem zu demonstrieren.\n",
    "\n",
    "### Bemerkungen:\n",
    "\n",
    "- nicht jeder Durchlauf verursacht Inkonsistenzen, manchmal müssen Sie den Code mehrmals ausführen, um Inkonsistenzen zu finden\n",
    "- auch Deadlocks können auftreten, diese müssen auch vermieden werden\n",
    "- die User-Tabelle wurde weggelassen, da sie für das Problem nicht relevant ist\n",
    "- an manchen Stellen ist der Code absichtlich etwas ineffizient gehalten, um die Inkonsistenzen zu begünstigen (z.B. würden Probleme mit Inkonsistenzen seltener auftreten, wenn die Query `UPDATE seminar_sessions SET seats = seats-1` lauten würde).\n",
    "\n"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "import psycopg2\n",
    "import psycopg2.extras"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "# Datenbankverbindung herstellen\n",
    "def get_connection():\n",
    "  # TODO Datenbankverbindung herstellen - geben Sie hier Ihre Zugangsdaten ein\n",
    "  conn = psycopg2.connect(\"dbname=... user=... password=...\")\n",
    "  \n",
    "  # TODO später autocommit ausschalten\n",
    "  conn.autocommit = True\n",
    "\n",
    "  return conn"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "# Tabelle erzeugen - immer wenn diese Zelle ausgeführt wird, wird die Tabelle neu erzeugt\n",
    "conn = get_connection()\n",
    "cursor = conn.cursor()\n",
    "cursor.execute(\"\"\"\n",
    "              DROP TABLE IF EXISTS seminar_registrations CASCADE;\n",
    "              DROP TABLE IF EXISTS seminar_sessions;\n",
    "               \n",
    "              CREATE TABLE IF NOT EXISTS seminar_sessions (\n",
    "                  id SERIAL PRIMARY KEY, \n",
    "                  seats INTEGER NOT NULL\n",
    "              );\n",
    "                  \n",
    "              INSERT INTO seminar_sessions (seats) VALUES \n",
    "                  (4), (4), (5), (5), (4), (10), (5), (3);\n",
    "               \n",
    "              \n",
    "              CREATE TABLE IF NOT EXISTS seminar_registrations (\n",
    "                  user_id INTEGER NOT NULL,\n",
    "                  session_id INTEGER NOT NULL,\n",
    "                  FOREIGN KEY (session_id) REFERENCES seminar_sessions(id)\n",
    "              );          \n",
    "\"\"\")\n",
    "conn.commit()"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "# Hilfsfunktion: Alle Seminar-Sessions ausgeben\n",
    "def show_sessions():\n",
    "    # TODO alle Seminar-Sessions auf der Console ausgeben\n",
    "    pass\n",
    "\n",
    "# Anzahl aller freien Plätze bestimmen\n",
    "def count_free_seats():\n",
    "    # TODO Anzahl freier Plätze bestimmen (Summe über die Spalte \"seats\")\n",
    "    # und mit return zurückgeben\n",
    "    pass\n",
    "\n",
    "# Anzahl der belegten Plätze bestimmen\n",
    "def count_occupied_seats():\n",
    "    # TODO Anzahl belegter Plätze bestimmen (Anzahl der Einträge in der Tabelle seminar_registrations)\n",
    "    # und mit return zurückgeben\n",
    "    pass\n",
    "\n",
    "# Testaufrufe\n",
    "\n",
    "# show_sessions()\n",
    "# print(\"freie Plätze\", count_free_seats())\n",
    "# print(\"belegte Plätze\", count_occupied_seats())"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "# Diese Funktion soll einen Platz reservieren und True zurückgeben, wenn es geklappt hat.\n",
    "# Wenn kein Platz mehr frei ist, soll False zurückgegeben werden.\n",
    "\n",
    "# TODO: Führen Sie geeignete Transaktionssteuerung ein, um sicherzustellen, dass die Funktion korrekt arbeitet.\n",
    "\n",
    "def reserve_seat(conn, user_id, session_id):\n",
    "    with conn.cursor() as cursor:\n",
    "        cursor.execute(\"SELECT seats FROM seminar_sessions WHERE id = %s\", (session_id,))\n",
    "        seats = cursor.fetchone()[0]\n",
    "\n",
    "        if seats > 0:\n",
    "            cursor.execute(\"UPDATE seminar_sessions SET seats = %s WHERE id = %s\", (seats-1, session_id,))\n",
    "            cursor.execute(\"INSERT INTO seminar_registrations (user_id, session_id) VALUES (%s, %s)\", (user_id, session_id))\n",
    "            return True\n",
    "        else:\n",
    "            return False\n",
    "        \n"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "import random \n",
    "\n",
    "# 20 zufällige Anmeldungen durchführen - diese Funktion wird später als Thread gestartet\n",
    "def random_seat_reservation(n=20):\n",
    "    # jeder Thread hat seine eigene Verbindung\n",
    "    conn = get_connection()\n",
    "    \n",
    "    # n mal einen zufälligen Platz für eine zufällige User-ID reservieren\n",
    "    for _ in range(n):\n",
    "        random_user_id = random.randint(1, 100)\n",
    "        random_session_id = random.randint(1, 8)\n",
    "\n",
    "        if reserve_seat(conn, random_user_id, random_session_id):\n",
    "            print(\"User\", random_user_id, \"hat sich für Session\", random_session_id, \"angemeldet\")\n",
    "        else:\n",
    "            print(\"Session\", random_session_id, \"ist ausgebucht\")"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "import threading\n",
    "\n",
    "# Diese Funktion gibt Informationen über die Belegung der Seminare aus\n",
    "def print_info():\n",
    "    print('-'*20)\n",
    "    \n",
    "    free_seats = count_free_seats()\n",
    "    occupied_seats = count_occupied_seats()\n",
    "\n",
    "    print(\"Freie Plätze:\", free_seats)\n",
    "    print(\"Belegte Plätze:\", occupied_seats)\n",
    "    print(\"Gesamt:\", free_seats + occupied_seats)\n",
    "    \n",
    "    if free_seats + occupied_seats == 40:\n",
    "        print(\"Platzanzahl ist konsistent!\")\n",
    "    else:\n",
    "        print(\"Platzanzahl ist inkonsistent!\")\n",
    "\n",
    "    print('-'*20)\n",
    "\n",
    "# -------------------------------------------------------------------------\n",
    "# Mini-Lasttest, 5 Threads starten, die jeweils 20 Reservierungen vornehmen\n",
    "# -------------------------------------------------------------------------\n",
    "\n",
    "print(\"Vor dem Lasttest:\")\n",
    "print_info()\n",
    "\n",
    "threads = [ threading.Thread(target=random_seat_reservation) for _ in range(5)]\n",
    "\n",
    "# Threads starten\n",
    "for t in threads:\n",
    "    t.start()\n",
    "\n",
    "# Auf das Ende der Threads warten\n",
    "for t in threads:\n",
    "    t.join()\n",
    "\n",
    "    \n",
    "print(\"Nach dem Lasttest:\")\n",
    "print_info()"
   ]
  }
 ],
 "metadata": {
  "kernelspec": {
   "display_name": "base",
   "language": "python",
   "name": "python3"
  },
  "language_info": {
   "codemirror_mode": {
    "name": "ipython",
    "version": 3
   },
   "file_extension": ".py",
   "mimetype": "text/x-python",
   "name": "python",
   "nbconvert_exporter": "python",
   "pygments_lexer": "ipython3",
   "version": "3.11.7"
  }
 },
 "nbformat": 4,
 "nbformat_minor": 2
}