Объектно-ориентированное программирование на Java. Платформа Java SE

Тимур Машнин

Эта книга предназначена для тех, кто хочет научиться программировать на языке Java.С этой книгой вы обучитесь объектно-ориентированному программированию на платформе Java SE и научитесь применять принципы ООП на практике.Эта книга охватывает важные аспекты программирования на языке Java, начиная с основ и заканчивая объектно-ориентированным подходом и командной разработкой кода.

© Тимур Машнин, 2020

ISBN 978-5-0050-3960-6

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Введение

На этом курсе мы будем изучать технологию Java.

Итак, что такое технология Java?

Начнем с самого понятия технологии программирования.

Можно сказать, что технология программирования — это совокупность методов и инструментов, позволяющих создавать программное обеспечение.

Технологии программирования могут иметь различный уровень применения. В процессе разработки программного обеспечения могут применяться технологии, решающие как конкретные задачи, так и технологии, являющиеся платформой для создания частей приложения или всего приложения.

Поэтому, как правило, для создания программного обеспечения применяется целый набор различных технологий.

Применительно к Java, технология Java — это язык программирования Java и платформа Java.

Язык программирования Java представляет собой объектно-ориентированный язык программирования, имеющий синтаксис, близкий к синтаксису языка С++.

Отличия языка Java от языка С++ обусловлены самим происхождением этих языков программирования.

Язык С++ является расширением языка С, который создавался как язык системного программирования.

Язык Java, в свою очередь, создавался для решения задач сетевого программирования и является самостоятельным языком программирования.

Главные отличия языка Java от языка С++ — это более строгая типизация, ограничения работы с памятью, автоматическая сборка мусора.

Понятно, что для создания программного обеспечения наличие одного языка программирования недостаточно.

Для компилируемых языков нужны инструменты, компилирующие исходный код в машинный, исполняемый операционной системой компьютера.

Для интерпретируемых языков программирования необходимы интерпретаторы, выполняющие исходный код в операционной системе.

В случае языка Java, реализация платформы Java как раз и обеспечивает выполнение Java-кода в операционной системе компьютера.

Таким образом, для того чтобы Java-приложение могло быть запущено, необходима реализация платформы Java.

Мы упомянули реализацию платформы Java.

Что это такое?

Платформа Java состоит из виртуальной машины Java Virtual Machine (JVM) и библиотек интерфейса программирования Java Application Programming Interface (API).

Для всех распространенных операционных систем существуют свои виртуальные машины JVM, тем самым реализуется принцип «Write Once, Run Anywhere» — написанное однажды, работает везде.

Реализация платформы Java — это конкретная реализация JVM для конкретной операционной системы плюс библиотеки Java API.

На самом деле компанией Oracle для выполнения Java-приложений предоставляется набор сред выполнения Java Runtime Environment (JRE), охватывающий все распространенные операционные системы.

Виртуальная машина JVM составляет основную часть среды выполнения Java Runtime Environment (JRE).

Помимо JVM JRE содержит базовые библиотеки API, необходимые для выполнения Java-приложений, а также дополнительные инструменты, включая Java Plug-in — для запуска апплетов в браузере и Java Web Start — для развертывания Java-приложений через Интернет.

Компанией Oracle также предоставляется минимальный комплект разработки Java-приложений Java Development Kit (JDK), состоящий из набора инструментов, включая компилятор в байт-код javac, документации, примеров и среды выполнения JRE.

Язык программирования Java является одновременно и интерпретируемым, и компилируемым. Причина этого кроется в устройстве виртуальной машины JVM.

Виртуальная машина JVM — это набор специальных программ, созданных для конкретной операционной системы.

Точкой входа в виртуальную машину JVM является программа java, запускающая Java-приложение.

Приложения, написанные на языке Java, представляют собой текстовые файлы с расширением. java.

Чтобы JVM выполнила Java-приложение, приложение должно быть откомпилировано в специальный двоичный формат — байт-код.

Откомпилированное Java-приложение состоит из файлов с расширением. class, которые могут быть упакованы в архивный исполняемый файл с расширением. jar.

При запуске Java-приложения на вход JVM подается байт-код Java-приложения, а также байт-код используемых приложением библиотек Java API.

Виртуальная машина JVM может выполнять приложения, написанные и на других языках программирования — Scala, Groovy, Ruby, PHP, JavaScript, Python и др., при этом приложения также должны быть откомпилированы в байт-код.

В процессе обработки байт-кода виртуальная машина JVM производит его интерпретацию, т.е. выполняет команды, содержащиеся в байт-коде, или использует компилятор Just-in-time compilation (JIT), который транслирует байт-код в машинный код непосредственно во время выполнения Java-приложения, и тем самым увеличивает скорость обработки байт-кода.

Таким образом, язык Java является компилируемым, потому что необходима компиляция исходного кода в промежуточный по отношению к машинному байт-коду, и интерпретируемым, потому что байт-код не может быть исполнен самой операционной системой компьютера, а должен интерпретироваться.

Платформа Java содержит два типа JVM:

Java HotSpot Client VM (Client VM). Вызывается опцией — client инструмента java и обеспечивает быстрый запуск и потребление небольшого объема оперативной памяти.

Java HotSpot Server VM (Server VM). Вызывается опцией — server инструмента java и обеспечивает максимальную скорость выполнения приложения.

Для обеих JVM технология Java HotSpot оптимизирует обработку байт-кода, распределение памяти, сборку мусора и управление потоками.

Технология Java — это общее понятие, на самом деле обозначающее широкий спектр Java-технологий.

Среда выполнения JRE и комплект разработки JDK являются основными продуктами платформы Java Platform, Standard Edition (Java SE).

Как уже было сказано, платформа Java содержит библиотеки интерфейса программирования Java API. Для чего они предназначены и какую роль они выполняют?

Библиотеки Java API — это готовые классы и интерфейсы, обеспечивающие для создаваемых Java-приложений общую функциональность.

С библиотеками Java API программисту не нужно самому реализовывать ввод-вывод, сетевое соединение, создавать стандартные графические компоненты для интерфейса пользователя и многое-многое другое.

Все это уже предоставлено технологией Java.

Платформа Java SE является основой для всех остальных платформ технологии Java. Все вместе Java-платформы обеспечивают применение технологии Java к широкому диапазону устройств — от смарт-карт, встроенных и мобильных устройств до серверов и суперкомпьютеров.

Технология Java представлена следующими платформами:

Java Platform, Standard Edition (Java SE) — предоставляет среду выполнения и набор технологий и библиотек API для создания и запуска серверных и настольных приложений, апплетов и является основой для остальных платформ.

Кроссплатформенность обеспечивается наличием сред выполнения для различных операционных систем.

Платформа Java SE включает в себя следующие компоненты — среду выполнения Java Runtime Environment (JRE) и комплект разработчика приложений Java Development Kit (JDK).

Java SE Embedded — предназначена для встроенных систем, таких как интеллектуальные маршрутизаторы и коммутаторы, профессиональные принтеры и др.

Платформа Java SE for Embedded обеспечивает ту же функциональность, что и платформа Java SE, дополнительно добавляя поддержку для платформ, специфических для встроенных систем, оптимизацию использования памяти, а также предоставляя уменьшенную среду выполнения и опцию Headless для устройств, не имеющих дисплея, мышки или клавиатуры.

Java Platform, Micro Edition (Java ME) — содержит набор сред выполнения и библиотек API, предназначенных для встроенных и мобильных устройств. В настоящее время активно применяется для Интернет вещей.

Java Card — позволяет создавать и запускать небольшие приложения (Java Card-апплеты) в смарт-картах и других устройствах с очень ограниченными ресурсами, таких как SIM-карты мобильных телефонов, банковские карточки, карты доступа цифрового телевидения и др.

Java Platform, Enterprise Edition (Java EE) — является расширением платформы Java SE и добавляет библиотеки, позволяющие создавать распределенные, многоуровневые серверные Java-приложения.

Если сравнивать язык Java с такими распространенными языками как С#, JavaScript, Python и PHP,

То сравнивая Java c C#, который работает на платформе NET, c точки зрения разработчика языки Java и C# очень похожи.

Но у них есть некоторые синтаксические различия, и язык Java считается более простым языком.

Кроме того, C# все таки больше привязан к платформе Windows.

Так как эти два языка очень похожи, при их сравнении возникают большие дискуссии, в которые мы сейчас углубляться не будем.

Если сравнивать Java и JavaScript, язык JavaScript является только интерпретируемым и выполняется только в веб-браузерах.

Если сравнивать Java и Python, то Python также является компилируемым и интерпретируемым языком, но с полной динамической типизацией, он проще в изучении, но проигрывает в скорости Java, хотя для него есть альтернативные реализации интерпретаторов: Jython, Cython и другие.

По поводу сравнения Java и Python также ведутся жаркие дискуссии.

Если сравнивать Java и PHP, то PHP это скриптовый серверный язык для разработки веб приложений, он проще в изучении и является языком с динамической типизацией. PHP не предназначен для крупных проектов, однако, PHP хостинг более распространен, чем для Java.

Как видно у каждого языка есть свои плюсы и минусы, но «Вы должны писать на языке, который делает вас счастливее», как сказал Пэт Аллан.