Java — объектно-ориентированный язык программирования, разрабатываемый компанией Sun Microsystems и официально выпущенный 23 мая 1995 года. В отношении произношения в русском языке, как и в ряде других, образовались две различные нормы — англоязычная /ˈdʒɑːvə/[1] и традиционно-национальная («Ява»), соответствующая традиционому произношению названия острова Ява.
Java — так называют не только сам язык, но и платформу для создания приложений уровня предприятий на основе данного языка.
Изначально язык программирования назывался Oak (русск. Дуб) и разрабатывался Джеймсом Гослингом для бытовой электроники, но впоследствии был переименован в Java и стал использоваться для написания клиентских приложений и серверного программного обеспечения. Назван в честь марки кофе Java, любимого программистами, поэтому на официальной эмблеме языка Java изображена чашка с дымящимся кофе.Содержание [убрать] 1 Основные особенности языка 2 История версий 2.1 Java 1.0 2.2 Java 2.0 2.3 Java 5 3 Классификация платформ Java 4 Java и Microsoft 5 Применения платформы Java 6 Основные возможности 7 Пространство имён 8 Пример программы 9 Основные идеи 9.1 Примитивные типы 9.1.1 Преобразования при математических операциях 9.2 Объектные переменные, объекты, ссылки и указатели 9.2.1 Дублирование ссылок и клонирование 9.2.2 Сборка мусора 9.3 Классы и функции 9.3.1 Статические методы и поля 9.3.2 Финальность 9.3.3 Абстрактность 9.3.4 Интерфейсы 9.3.4.1 Маркерные интерфейсы 9.3.5 Шаблоны в Java (generics) 9.3.6 Проверка принадлежности к классу 10 Библиотеки классов 11 Средства разработки ПО 12 Примечания 13 Литература 14 См. также 15 Ссылки
Основные особенности языка
Программы на Java транслируются в байт-код, выполняемый виртуальной java-машиной (JVM) — программой, обрабатывающей байтовый код и передающей инструкции оборудованию как интерпретатор, но с тем отличием, что байтовый код, в отличие от текста, обрабатывается значительно быстрее.
Достоинство подобного способа выполнения программ — в полной независимости байт-кода от ОС и оборудования, что позволяет выполнять Java-приложения на любом устройстве, которое поддерживает виртуальную машину. Другой важной особенностью технологии Java является гибкая система безопасности благодаря тому, что исполнение программы полностью контролируется виртуальной машиной. Любые операции, которые превышают установленные полномочия программы (например, попытка несанкционированного доступа к данным или соединения с другим компьютером) вызывают немедленное прерывание. Это позволяет пользователям загружать программы, написанные на Java, на их компьютеры (или другие устройства, например, мобильные телефоны) из неизвестных источников, при этом не опасаясь заражения вирусами, пропажи ценной информации, и т. п.
Часто к недостаткам концепции виртуальной машины относят то, что исполнение байт-кода виртуальной машиной может снижать производительность программ и алгоритмов, реализованных на языке Java. Данное утверждение было справедливо для первых версий виртуальной машины Java, однако в последнее время оно практически потеряло актуальность. Этому способствовал ряд усовершенствований: применение технологии JIT (Just-In-Time compilation), позволяющей переводить байт-код в машинный код во время исполнения программы с возможностью сохранения версий класса в машинном коде, широкое использование native-кода в стандартных библиотеках, а также аппаратные средства, обеспечивающие ускоренную обработку байт-кода (например, технология Jazelle, поддерживаемая некоторыми процессорами фирмы ARM).
Идеи, заложенные в концепцию и различные реализации JVM, вдохновили множество энтузиастов на расширение перечня языков, которые могли бы быть использованы для создания программ, исполняемых в среде JVM[2]. Эта идея перекликается с концепцией CLI, заложенной в основу платформы .NET компании Microsoft.
История версий
Java 1.0
Разработка Java началась в 1990 году, первая официальная версия — Java 1.0, — была выпущена только в 1995 году.
Java 2.0
К 1998 году была разработана обновлённая спецификация JDK 1.2, вышедшая под наименованием Java 2. Собственно языковых изменений в данной версии не появилось. Платформа получила следующие дополнения: Набор средств для создания визуального интерфейса пользователя Swing. Коллекции. Поддержка файлов Policy и цифровых сертификатов пользователя. Библиотека Accessibility. Java 2D. Поддержка технологии drag-and-drop. Полная поддержка Unicode, включая поддержку ввода на японском, китайском и корейском языках. Поддержка воспроизведения аудио-файлов нескольких популярных форматов. Полная поддержка технологии CORBA. JIT-компилятор, улучшенная производительность. Усовершенствования инструментальных средств JDK, в том числе поддержка профилирования Java-программ
Java 5
Спецификация Java 5 была выпущена в сентябре 2004 года. В данной версии разработчики внесли в язык целый ряд принципиальных дополнений: Перечислимые типы (enum). Ранее отсутствовавшие в Java типы оформлены по аналогии с C++, но при этом имеют ряд дополнительных возможностей. Перечислимый тип является полноценным классом Java, то есть может иметь конструктор, поля, методы, в том числе скрытые и абстрактные. Перечисление может реализовывать интерфейсы. Для перечислений имеются встроенные методы, дающие возможность получения значений типа по имени, символьных значений, соответствующих именам, преобразования между номером и значением, проверки типа на то, что он является перечислимым. Аннотации — возможность добавления в текст программы метаданных, не влияющих на выполнение кода, но допускающих использование для получения различных сведений о коде и его исполнении. Одновременно выпущен инструментарий для использования аннотированного кода. Одно из применений аннотаций — упрощение создания тестовых модулей для Java-кода. Средства обобщённого программирования (generics) — механизм, аналогичный шаблонам в C++ (позже также появились и в C#), дающий возможность создавать классы и методы с полями и параметрами произвольного типа. С использованием данного механизма реализованы новые версии коллекций стандартной библиотеки Java. Методы с неопределённым числом параметров. Autoboxing/Unboxing — автоматическое преобразование между скалярными типами Java и соответствующими типами-врапперами (например, между int — Integer). Наличие такой возможности упрощает код, поскольку исключает необходимость в выполнении явных преобразований типов в очевидных случаях. Разрешён импорт статических переменных. В язык введён цикл по коллекции объектов (итератор).
Классификация платформ Java
Внутри Java существуют три основных семейства технологий: J2EE или Java EE (начиная с v1.5) — Java Enterprise Editon, для создания программного обеспечения уровня предприятия; J2SE или Java SE (начиная с v1.5) — Java Standard Editon, для создания пользовательских приложений, в первую очередь — для настольных систем; J2ME, Java ME или Java Micro Edition, для использования в устройствах, ограниченных по вычислительной мощности, в том числе мобильных телефонах, PDA, встроенных системах
Самыми популярными считаются серверные технологии семейства J2EE.
Последним релизом является версия 1.6, в которой было произведено улучшение системы безопасности, улучшение поддержки XML, а также добавлена поддержка скриптового языка JavaScript на основе механизма Mozilla Rhino (англ.), улучшена интеграция с рабочим столом, добавлены некоторые новые возможности в создании графических интерфейсов.
Java и Microsoft
Компанией Microsoft была разработана собственная реализация JVM (MSJVM), включавшаяся в состав различных ОС, начиная с Windows 95. MSJVM была близка к спецификации Sun Microsystems v.1.1.3, но не соответствовала ей по ряду принципиальных характеристик (в частности, по отсутствию поддержки технологий RMI и JNI и по наличию нестандартных расширений). Впоследствии это явилось поводом для судебных исков со стороны Sun Microsystems к Microsoft. Суд принял сторону компании Sun Microsystems. В конечном счёте между двумя компаниями была достигнута договорённость о возможности продления срока официальной поддержки пользователей нестандартной Microsoft JVM до конца 2007 года, но не более[3]. В настоящее время компанией Microsoft для платформы .NET предлагается Java-подобный язык J#, не соответствующий официальной спецификации языка Java.
[править] Применения платформы Java
Следующие успешные проекты реализованы с привлечением Java (J2EE) технологий: Amazon, eBay, Flickr, Yandex, LinkedIn[4].
Следующие компании в основном фокусируются на Java (J2EE) технологиях, а не на .NET, хотя имеют дело также и с последними: SAP, IBM, Oracle.
Основные возможности автоматическое управление памятью расширенные возможности обработки исключительных ситуаций; богатый набор средств фильтрации ввода/вывода; набор стандартных коллекций, таких как массив, список, стек и т. п.; наличие простых средств создания сетевых приложений (в том числе с использованием протокола RMI); наличие классов, позволяющих выполнять HTTP-запросы и обрабатывать ответы; встроенные в язык средства создания многопоточных приложений; унифицированный доступ к базам данных на основе JDBC и SQLJ. поддержка шаблонов (начиная с версии 1.5)
Пространство имён Основная статья: Пространство имён (программирование)
Идея пространств имён воплощена в Java-пакетах.
Пример программы
Программа, выводящая «Hello, World!»: public class HelloWorld { public static void main(String[] args) { System.out.println("Hello, World!"); } }
Пример использования шаблонов: import java.util.*; public class Sample { public static void main(String[] args) { // Создание объекта по шаблону. List<String> strings = new LinkedList<String>(); strings.add("Hello"); strings.add("world"); strings.add("!"); for (String s : strings) { System.out.print(s); System.out.print(" "); } } }
Основные идеи
Примитивные типы
В языке Java только 8 скалярных типов: boolean, byte, char, short, int, long, float, double. Классы-обёртки примитивных типов Byte Short Integer Long Float Double Boolean Character
Длины и диапазоны значений примитивных типов определяются стандартом, а не реализацией и приведены в таблице. Тип char сделали двухбайтовым для удобства локализации (один из идеологических принципов Java): когда складывался стандарт, уже существовал Unicode-16, но не Unicode-32. Поскольку в результате не осталось однобайтового типа, добавили новый тип byte. Типы float и double могут иметь специальные значения , и «не число» (NaN). Для типа double они обозначаются Double.POSITIVE_INFINITY, Double.NEGATIVE_INFINITY, Double.NaN; для типа float — так же, но с приставкой Float вместо Double. Минимальные положительные значения, принимаемые типами float и double, тоже стандартизованы.Тип Длина (в байтах) Диапазон или набор значений boolean не определено true, false byte 1 −128..127 char 2 0..216-1, или 0..65535 short 2 −215..215-1, или −32768..32767 int 4 −231..231-1, или −2147483648..2147483647 long 8 −263..263-1, или примерно −9.2·1018..9.2·1018 float 4 -(2-2-23)·2127..(2-2-23)·2127, или примерно −3.4·1038..3.4·1038, а также , , NaN double 8 -(2-2-52)·21023..(2-2-52)·21023, или примерно −1.8·10308..1.8·10308, а также , , NaN
Такая жёсткая стандартизация была необходима, чтобы сделать язык платформенно-независимым, что является одним из идеологических требований к Java и одной из причин её успеха. Тем не менее одна небольшая проблема с платформенной независимостью всё же осталась. Некоторые процессоры используют для промежуточного хранения результатов 10-байтовые регистры или другими способами улучшают точность вычислений. Для того, чтобы сделать Java максимально совместимой между разными системами, в ранних версиях любые способы повышения точности вычислений были запрещены. Однако это приводило к снижению быстродействия. Выяснилось, что ухудшение точности ради платформенной независимости мало кому нужно, тем более если за это приходится платить замедлением работы программ. После многочисленных протестов этот запрет отменили, но добавили ключевое слово strictfp, запрещающее повышение точности.
Преобразования при математических операциях
В языке Java действуют следующие правила: Если один операнд имеет тип double, другой тоже преобразуется к типу double. Иначе, если один операнд имеет тип float, другой тоже преобразуется к типу float. Иначе, если один операнд имеет тип long, другой тоже преобразуется к типу long. Иначе оба операнда преобразуется к типу int.
Последнее правило отличает Java от старых реализаций C и C++ и делает код более безопасным. Так, например, в языке Java после выполнения кода short x = 50, y = 1000; int z = x*y;
переменной z присваивается значение 50000, а не −15536, как в большинстве безнадёжно устаревших реализаций[источник?] C и C++. В программе, скомпилированной MS VC++, начиная с версии 7, а также многими другими современными компиляторами (gcc, Intel C++, Borland C++, Comeau и т. д.), значение будет также равно 50000.
Объектные переменные, объекты, ссылки и указатели
В языке Java имеются только динамически создаваемые объекты. Причем переменные объектного типа и объекты в Java — совершенно разные сущности. Переменные объектного типа являются ссылками, то есть неявными указателями на динамически создаваемые объекты. Это подчёркивается синтаксисом описания переменных. Так, в Java нельзя писать: double a[10][20]; Foo b(30);
а нужно: double[][] a = new double[10][20]; Foo b = new Foo(30);
При присваиваниях, передаче в подпрограммы и сравнениях объектные переменные ведут себя как указатели, то есть присваиваются, копируются и сравниваются адреса объектов. А при доступе с помощью объектной переменной к полям данных или методам объекта не требуется никаких специальных операций разыменовывания — этот доступ осуществляется так, как если бы объектная переменная была самим объектом.
Объектными являются переменные любого типа, кроме простых числовых типов. Явных указателей в Java нет. В отличие от указателей C, C++ и других языков программирования, ссылки в Java в высокой степени безопасны благодаря жёстким ограничениям на их использование, в частности: Нельзя преобразовывать объект типа int или любого другого примитивного типа в указатель или ссылку и наоборот. Над ссылками запрещено выполнять операции ++, −−, +, − или любые другие арифметические операции. Преобразование типов между ссылками жёстко регламентировано. За исключением ссылок на массивы, разрешено преобразовывать ссылки только между наследуемым типом и его наследником, причём преобразование наследуемого типа в наследующий должно быть явно задано и во время выполнения производится проверка его осмысленности. Преобразования ссылок на массивы разрешены лишь тогда, когда разрешены преобразования их базовых типов, а также нет конфликтов размерности. В Java нет операций взятия адреса (&) или взятия объекта по адресу (*). Звёздочка в Java означает умножение, и только. Амперсанд (&) означает всего лишь «побитовое и» (двойной амперсанд — «логическое и»).
Благодаря таким специально введенным ограничениям в Java невозможно прямое манипулирование памятью на уровне физических адресов (хотя ссылки, не указывающие ни на что, есть: значение такой ссылки обозначается null).
Дублирование ссылок и клонирование
Из-за того, что объектные переменные являются ссылочными, при присваивании не происходит копирования объекта. Так, если написать Foo foo, bar; … bar = foo;
то произойдет копирование адреса из переменной foo в переменную bar. То есть foo и bar будут указывать на одну и ту же область памяти, то есть на один и тот же объект; попытка изменить поля объекта, на который ссылается переменная foo, будет менять объект, с которым связана переменная bar, и наоборот. Если же необходимо получить именно ещё одну копию исходного объекта, пользуются или методом (функцией-членом, в терминологии C++) clone(), создающим копию объекта, или же копирующим конструктором.
Метод clone() требует, чтобы класс реализовывал интерфейс Cloneable (об интерфейсах см. ниже). Если класс реализует интерфейс Cloneable, по умолчанию clone() копирует все поля (мелкая копия). Если требуется не копировать, а клонировать поля (а также их поля и так далее), надо переопределять метод clone(). Определение и использование метода clone() часто является нетривиальной задачей [1].
Сборка мусора
В языке Java невозможно явное удаление объекта из памяти — вместо этого реализована сборка мусора. Традиционным приёмом, дающим сборщику мусора «намёк» на освобождение памяти, является присваивание переменной пустого значения null. Это, однако, не значит, что объект, заменённый значением null, будет непременно и немедленно удалён. Данный приём всего лишь устраняет ссылку на объект, то есть отвязывает указатель от объекта в памяти. При этом следует учитывать, что объект не будет удален сборщиком мусора, пока на него указывает хотя бы одна ссылка из используемых переменных или объектов. Существуют также методы для инициации принудительной сборки мусора, но не гарантируется, что они будут вызваны исполняющей средой, и их не рекомендуется использовать для обычной работы.
Классы и функции
Java не является процедурным языком: любая функция может существовать только внутри класса. Это подчёркивает терминология языка Java, где нет понятий «функция» или «функция-член» (англ. member function), а только метод. В методы превратились и стандартные функции. Например, в Java нет функции sin(), а есть метод Math.sin() класса Math (содержащего, кроме sin(), методы cos(), exp(), sqrt(), abs() и многие другие).
Статические методы и поля
Для того чтобы не надо было создавать объект класса Math (и других аналогичных классов) каждый раз, когда надо вызвать sin() (и другие подобные функции), введено понятие статических методов (англ. static method; иногда в русском языке они называются статичными). Статический метод (отмечаемый ключевым словом static в описании) можно вызвать, не создавая объекта его класса. Поэтому можно писать double x = Math.sin(1);
вместо Math m = new Math(); double x = m.sin(1);
Ограничение, накладываемое на статические методы, заключается в том, что в объекте this они могут обращаться только к статическим полям и методам.
Статические поля имеют тот же смысл, что и в C++: каждое существует только в единственном экземпляре.
Финальность
Ключевое слово final (финальный) означает разные вещи при описании переменной, метода или класса. Финальная переменная (именованная константа) инициализируется при описании и дальше не может быть изменена. Финальный метод не может быть переопределён при наследовании. Финальный класс не может иметь наследников вообще.
Абстрактность
В Java методы, не объявленные явно как final или private, являются виртуальными в терминологии C++: при вызове метода, по-разному определённого в базовом и наследующем классах, всегда производится проверка времени выполнения.
Абстрактным методом (описатель abstract) в Java называется метод, для которого заданы параметры и тип возвращаемого значения, но не тело. Абстрактный метод определяется в классах-наследниках. В C++ то же самое называется чисто виртуальной функцией. Для того чтобы в классе можно было описывать абстрактные методы, сам класс тоже должен быть описан как абстрактный. Объекты абстрактного класса создавать нельзя.
Интерфейсы
Высшей степенью абстрактности в Java является интерфейс (interface). Все методы интерфейса абстрактны: описатель abstract даже не требуется. Интерфейс не является классом. Класс может наследовать, или расширять (extends) другой класс или реализовывать (implements) интерфейс. Кроме того, интерфейс может наследовать, или расширять другой интерфейс.
В Java класс не может наследовать более одного класса, зато может реализовывать сколько угодно интерфейсов.
Интерфейсы можно передавать методам как параметры, но нельзя создавать объекты их типов.
Маркерные интерфейсы
В Java есть некоторые интерфейсы, которые не содержат методов для реализации, а специальным образом обрабатываются JVM. Это интерфейсы: java.lang.Cloneable java.io.Serializable java.rmi.Remote
Шаблоны в Java (generics)
Начиная с версии Java 5 в языке появился механизм обобщённого программирования — шаблоны, внешне близкие к шаблонам C++. С помощью специального синтаксиса в описании классов и методов можно указать параметры-типы, которые внутри описания могут использоваться в качестве типов полей, параметров и возвращаемых значений методов. // Объявление обобщённого класса class GenericClass<E> { E getFirst() { ... } void add(E obj) { ... } }
// Использование обобщённого класса в коде GenericClass <String> var = new GenericClass<String>(); var.add("qwerty"); String p = var.getFirst();
Допускается обобщённое объявление классов, интерфейсов и методов. Кроме того, синтаксис поддерживает ограниченные объявления типов-параметров: указание в объявлении конструкции вида <T extends A & B & C...> требует, чтобы тип-параметр T реализовывал интерфейсы A, B, C и так далее, а конструкция <T super C> требует, чтобы тип-параметр T был типом C или одним из его предков.
В отличие от шаблонов C#, шаблоны Java не поддерживаются средой исполнения — компилятор просто создаёт байт-код, в котором никаких шаблонов уже нет. Реализация шаблонов в Java принципиально отличается от реализации аналогичных механизмов в C++: компилятор не порождает для каждого случая использования шаблона отдельный вариант класса или метода-шаблона, а просто создаёт одну реализацию байт-кода, содержащую необходимые проверки и преобразования типов. Это приводит к ряду ограничений использования шаблонов в программах на Java.
Проверка принадлежности к классу
В Java можно явно проверить, к какому классу принадлежит объект. Выражение foo instanceof Foo истинно, если объект foo принадлежит классу Foo или его наследнику, или реализует интерфейс Foo (или, в общем виде, наследует класс, который реализует интерфейс, который наследует Foo).
Далее, функция getClass(), определённая для всех объектов, выдаёт объект типа Class. Эти объекты можно сравнивать. Так, например, foo.getClass()==bar.getClass() будет истинно, если объекты foo и bar принадлежат в точности к одному классу (но это не означает что это два одинаковых объекта).
Кроме того, объект типа Class любого типа можно получить так: Integer.class, Object.class.
Однако прямое сравнение классов не всегда является оптимальным средством проверки на принадлежность к классу. Зачастую вместо него используют функцию isAssignableFrom(). Эта функция определена у объекта типа Class и принимает объект типа Class в качестве параметра. Таким образом, вызов Foo.class.isAssignableFrom(Bar.class) вернёт true в случае, если Foo является предком класса Bar. Так как все объекты являются потомками типа Object, вызов Object.class.isAssignableFrom() всегда вернёт true. В паре с упомянутыми функциями объекта типа Class используются также функции isInstance() (эквивалентно instanceof), а также cast() (преобразует параметр в объект выбранного класса).
Библиотеки классов JDK — содержит набор базовых классов для всего ПО на платформах Java SE и Java EE CDK — для создания химического ПО MARF — модульная библиотека для распознавания аудио
Средства разработки ПО JDK — помимо набора библиотек для платформ Java SE и Java EE содержит компилятор командной строки javac и набор утилит, также работающих в режиме командной строки. NetBeans IDE — бесплатная интегрированная среда разработки для всех платформ Java — Java ME, Java SE и Java EE. Пропагандируется Sun Microsystems, разработчиком Java, как базовое средство для разработки ПО на языке Java и других языках (C, C++, Ruby, Fortran и др.). Eclipse — бесплатная интегрированная среда разработки для Java SE и Java EE. Ведутся работы по поддержке в Eclipse платформы Java ME. Пропагандируется IBM, одним из важнейших разработчиков корпоративного ПО, как базовое средство для разработки ПО на языке Java и других языках (C, C++, Ruby, Fortran и др.) IntelliJ IDEA — коммерческая среда разработки для платформ Java SE, Java EE и Java ME.
Примечания ↑ java. Merriam-Webster Online Dictionary. Merriam-Webster. — Английская норма произношения слова «Java». (Проверено 21 мая 2009.) ↑ Robert Tolksdorf. Programming languages for the Java Virtual Machine JVM (англ.). is-research GmbH. — Онлайн-каталог альтернативных языков и языковых расширений для JVM. (Проверено 27 апреля 2009.) ↑ Microsoft Java Virtual Machine Support (англ.). Microsoft (2003-09-12). — Официальное заявление Microsoft о программе поддержки MSJVM. (Проверено 27 апреля 2009.) ↑ Brian Guan. The LinkedIn Blog. Blog Archive. Grails at LinkedIn. (англ.). LinkedIn.com (2008-06-11). — История создания системы LinkedIn на основе Java-технологии Grails. (Проверено 27 апреля 2009.)
Литература Монахов Вадим Язык программирования Java и среда NetBeans, 2-е издание. — СПб.: «БХВ-Петербург», 2009. — С. 720. — ISBN 978-5-9775-0424-9 Джошуа Блох. Java. Эффективное программирование = Effective Java. — М.: «Лори», 2002. — С. 224. — ISBN 5-85582-169-2 Кей С. Хорстманн, Гари Корнелл. Java 2. Библиотека профессионала, том 1. Основы = Core Java™ 2, Volume I--Fundamentals. — 7-е изд. — М.: «Вильямс», 2007. — С. 896. — ISBN 0-13-148202-5 Кей С. Хорстманн, Гари Корнелл. Java 2. Библиотека профессионала, том 2. Тонкости программирования = Core Java™ 2, Volume II--Advanced Features. — 7-е изд. — М.: «Вильямс», 2007. — С. 1168. — ISBN 0-13-111826-9 Брюс Эккель. Философия Java = Thinking in Java. — 3-е изд.. — СПб.: «Питер», 2003. — С. 976. — ISBN 5-88782-105-1 Герберт Шилдт, Джеймс Холмс. Искусство программирования на Java = The Art of Java. — М.: «Диалектика», 2005. — С. 336. — ISBN 0-07-222971-3 Любош Бруга. Java по-быстрому: Практический экспресс-курс = Luboš Brůha. Java Hotová řešení.. — М.: Наука и техника, 2006. — С. 369. — ISBN 5-94387-282-5
