Язык программирования джава. История версий Java

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

2. Достоинства языка

2.1 Безопасность

2.3 Надежность

2.4 Интерактивность

2.7 Простота изучения

3. Аплеты JAVA

5. Мобильность JAVA

Заключение

Список литературы

Введение

Сегодня создание программного обеспечения представляет собой чрезвычайно тяжелое занятие. Трудности связаны с разнообразием архитектур машин, операционных систем, графических оболочек и т. д. Стремительный рост технологий, связанных с сетью Internet, дополнительно усложняет эту задачу. К сети Internet подключены компьютеры самых разных типов - IBM PC, Macintosh, рабочие станции Sun и другие. Даже в рамках IBM-совместимых компьютеров, существует несколько платформ, например, MS Windows 9x/Me/XP/NT/2000, OS/2, Solaris, различные разновидности операционной системы UNIX с графической оболочкой X-Windows и т. д. Все эти системы образуют единую сеть, которая должна работать как одно целое, обеспечивая при этом высокий уровень безопасности информации. Под влиянием указанных факторов резко возрастает уровень требований, предъявляемый к программному обеспечению.

Современные приложения должны быть безопасны, высокопроизводительны, работать в распределенной среде, быть нейтральны к архитектуре. Все эти факторы привели к необходимости нового взгляда на сам процесс создания и распределения приложений на множестве машин различной архитектуры. Требования к переносимости заставили отказаться от традиционного способа создания и доставки бинарных файлов, содержащих машинные коды и, следовательно, привязанных к определенной платформе. Созданная компанией Sun Microsystems система разработки Java удовлетворяет всем этим требованиям. Java - объектно-ориентированный язык, удобный и надёжный в эксплуатации благодаря таким своим достоинствам, как многозадачность, поддержка протоколов Internet и многоплатформенность. Java - это интерпретируемый язык, и каждая Java-программа компилируется для гипотетической машины, называемой Виртуальная Машина Java. Результатом такой компиляции является байт-код Java, который в свою очередь может выполняться на любой операционной системе при условии наличия там системы времени выполнения Java, которая интерпретирует байт-код в реальный машинный код конкретной системы.

Однако, такая универсальность данной технологии рождает недостаток - требовательность к ресурсам компьютера. Так как Java-программы не содержат машинного кода, и при их запуске включается в работу система времени выполнения Java, их производительность заметно ниже, чем у обычных программ, составленных, например, на языке программирования C++. Данный недостаток становится с течением времени всё менее ощутим, вследствие роста вычислительной мощности компьютерных систем.

Язык Java является объектно-ориентированным и поставляется с достаточно объемной библиотекой классов. Библиотеки классов Java значительно упрощают разработку приложений, предоставляя в распоряжение программиста мощные средства решения распространенных задач. Поэтому программист может больше внимания уделить решению прикладных задач, а не таких, как, например, организация динамических массивов, взаимодействие с операционной системой или реализация элементов пользовательского интерфейса.

программирование java мобильность

1. История создания языка JAVA

Язык Java зародился как часть проекта создания передового программного обеспечения для различных бытовых приборов. Реализация проекта была начата на языке С++, но вскоре возник ряд проблем, наилучшим средством борьбы с которыми было изменение самого инструмента - языка программирования. Стало очевидным, что необходим платформенно-независимый язык программирования, позволяющий создавать программы, которые не приходилось бы компилировать отдельно для каждой архитектуры и можно было бы использовать на различных процессорах под различными операционными системами.

Рождению языка Java предшествовала довольно интересная история. В 1990 году разработчик ПО компании Sun Microsystems Патрик Нотон понял, что ему надоело поддерживать сотни различных интерфейсов программ, используемых в компании, и сообщил исполнительному директору Sun Microsystems и своему другу Скотту МакНили о своем намерении перейти работать в компанию NeXT. МакНили, в свою очередь, попросил Нотона составить список причин своего недовольства и выдвинуть такое решение проблем, как если бы он был Богом и мог исполнить все, что угодно.

Нотон, хотя и не рассчитывал на то, что кто-то обратит внимание на его письмо, все же изложил свои претензии, беспощадно раскритиковав недостатки Sun Microsystems, в частности, разрабатываемую в тот момент архитектуру ПО NeWS. К удивлению Нотона, его письмо возымело успех: оно было разослано всем ведущим инженерам Sun Microsystems, которые не замедлили откликнуться и высказать горячую поддержку своему коллеге и одобрение его взглядов на ситуацию в Sun Microsystems. Обращение вызвало одобрение и у высшего руководства компании, а именно, у Билла Джоя, основателя Sun Microsystems, и Джеймса Гослинга (James Gosling), начальника Нотона.

В тот день, когда Нотон должен был уйти из компании, было принято решение о создании команды ведущих разработчиков с тем, чтобы они делали что угодно, но создали нечто необыкновенное. Команда из шести человек приступила к разработке нового объектно-ориентированного языка программирования, который был назван Oak (дуб), в честь дерева, росшего под окном Гослинга.

Вскоре компания Sun Microsystems преобразовала команду Green в компанию First Person. Новая компания обладала интереснейшей концепцией, но не могла найти ей подходящего применения. После ряда неудач неожиданно ситуация для компании резко изменилась: был анонсирован броузер Mosaic. Так родился World Wide Web, с которого началось бурное развитие Internet. Нотон предложил использовать Oak в создании Internet-приложений. Так Oak стал самостоятельным продуктом, вскоре был написан Oak-компилятор и Oak-браузер "WebRunner". В 1995 году компания Sun Microsystems приняла решение объявить о новом продукте, переименовав его в Java (единственное разумное объяснение названию - любовь программистов к кофе). Когда Java оказалась в руках Internet, стало необходимым запускать Java-аплеты - небольшие программы, загружаемые через Internet. WebRunner был переименован в HotJava и компания Netscape встала на поддержку Java-продуктов.

2. Достоинства языка

Язык должен был воплощать следующие качества: простоту и мощь, безопасность, объектную ориентированность, надежность, интерактивность, архитектурную независимость, возможность интерпретации, высокую производительность и легкость в изучении. Даже если вы никогда не напишете ни одной строки на языке Java, знать о его возможностях весьма полезно, поскольку именно перечисленные выше свойства языка придают динамику страницам Всемирной паутины.

2.1 Безопасность

Поскольку язык Java предназначен для использования в сетевой или распределенной среде, то вопросам его безопасности было уделено большое внимание. На данный момент язык Java позволяет создавать системы, надежно защищенные от вирусов и несанкционированного доступа.

Но 100% безопасности не может обеспечить ни один язык программирования, ведь все предусмотреть невозможно. Первые дыры в Java были найдены экспертами по вопросам безопасности из Пристонского университета еще в версии Java 1.0. Можно сказать, что все новые ошибки находятся до сих пор, но от этого не застрахован ни один язык программирования.

Тем не менее, специалисты компании Sun делают все, чтобы своевременно устранить бреши в безопасности JDK. Так, компания опубликовала внутренние спецификации интерпретатора языка Java и привлекла к поиску ошибок независимых специалистов в области безопасного ПО.

Вот лишь небольшой список ситуаций, возникновение которых предотвращает система безопасности языка Java:

Переполнение стека выполняемой программы, к которому приводили некоторые черви;

Повреждение участков памяти, которые находятся за пределами пространства, выделенного процессу;

Считывание и запись локальных файлов при использовании безопасного загрузчика классов, например веб-браузера, который запрещает такой доступ к файлам.

Все меры безопасности вполне уместны и обычно работают без проблем, но осмотрительность никогда не повредит. Со временем в язык были добавлены новые средства защиты. Начиная с версии 1.1, в языке Java появилось понятие классов с цифровой подписью. Пользуясь классом с цифровой подписью, вы можете быть уверенными в его авторе. Если вы ему доверяете, то можете предоставить этому классу все привилегии, доступные на вашей машине.

Альтернативный механизм доставки кода, предложенный компанией Microsoft, опирается на технологию ActiveX и для безопасности использует только цифровые подписи. Но этого недостаточно, ведь любой пользователь ПО фирмы Microsoft может подтвердить, что программы даже известных производителей часто завершаются аварийно, создавая тем самым опасность повреждения данных.

В тоже время система безопасности в языке Java намного надежнее технологии ActiveX, поскольку она самостоятельно контролирует приложение с момента его запуска и не позволяет ему причинить ущерб.

2.2 Объектная ориентированность

Язык Java разрабатывался как чисто объектно-ориентированный язык, в отличие от С++, объектная парадигма которого «ослабляется» возможностями, оставшимися от языка С. В Java отсутствуют такие структуры С++, как struct, union и procedure; они заменены на методы, интерфейсы и более развитые классы.

Классы в Java создаются иначе, чем в С++; это касается того, как Java обрабатывает операции наследования. Когда от родительского класса (или суперкласса) порождается подкласс, в Java используется ключевое слово extends:

public class MyString extends String{}

После этого оператора класс MyString наследует все методы и переменные своего суперкласса. В С++ для этого используется объявление типа class:mode superclass{.

Функции и процедуры в Java заменены на конструкции, называемые методами. Методы очень напоминают процедуры языка С++ за исключением того, что методы не могут быть независимыми от класса (кроме методов из интерфейсов).

В Java, как и в С++, возможны множественные конструкторы, дающие программисту возможность инициализировать объект различными способами. При объявлении конструкторов существуют два основных правила: имя конструктора и название класса должны совпадать; при объявлении конструктора не указывается возвращаемый тип. Как и другие ссылочные переменные, классы создаются динамически при помощи ключевого слова new. Ниже приведен пример объявления класса с несколькими конструкторами:

public Class MyString extends String{

public String x;

public MyString(){

x=new String(“Строка по умолчанию”);

//вызов конструктора класса String

public MyString(String x){

this.x=new String(x);

В приведенном примере ключевое слово this используется так же, как и в С++, для того чтобы различать обращения к переменным класса и переменным методов.

Другой способ создания класса - использовать конструктор суперкласса и ключевое слово super. Вот простой пример:

public class ParentClass{

public ParentClass(x,y){

public class ChildClass extends ParentClass{

public ChildClass(x,y){

//вызов конструктора суперкласса

Методы класса во многом похожи на конструкторы, однако они могут возвращать любой тип.

public int ClassMethod(int j){

2.3 Надежность

Java ограничивает вас в нескольких ключевых областях и таким образом способствует обнаружению ошибок на ранних стадиях разработки программы. В то же время в ней отсутствуют многие источники ошибок, свойственных другим языкам программирования (строгая типизация, например). Большинство используемых сегодня программ “отказывают” в одной из двух ситуаций: при выделении памяти, либо при возникновении исключительных ситуаций. В традиционных средах программирования распределение памяти является довольно нудным занятием -- программисту приходится самому следить за всей используемой в программе памятью, не забывая освобождать ее по мере того, как потребность в ней отпадает. Зачастую программисты забывают освобождать захваченную ими память или, что еще хуже, освобождают ту память, которая все еще используется какой-либо частью программы. Исключительные ситуации в традиционных средах программирования часто возникают в таких, например, случаях, как деление на нуль или попытка открыть несуществующий файл, и их приходится обрабатывать с помощью неуклюжих и нечитабельных конструкций (кроме Delphi). Java фактически снимает обе эти проблемы, используя сборщик мусора для освобождения незанятой памяти и встроенные объектно-ориентированные средства для обработки исключительных ситуаций.

Специальный процесс сборки мусора - это одна из интереснейших особенностей языка программирования Java и среды выполнения приложений Java, предназначенная для удаления ненужных объектов из памяти. Эта система избавляет программиста от необходимости внимательно следить за использованием памяти, освобождая ненужные более области явным образом.

Создавая объекты в Java, вы можете руководствоваться принципом "создай и забудь", так как система сборки мусора позаботится об удалении ваших объектов. Объект будет удален из памяти, как только на него не останется ни одной ссылки из других объектов.

Приоритет процесса сборки мусора очень низкий, поэтому "уборка" среды выполнения приложений Java не отнимает ресурсы у самих приложений.

Указатели или адреса в памяти -- наиболее мощная и наиболее опасная черта C++. Причиной большинства ошибок в сегодняшнем коде является именно неправильная работа с указателями. Например, одна из типичных ошибок -- просчитаться на единицу в размере массива и испортить содержимое ячейки памяти, расположенной вслед за ним.

Хотя в Java дескрипторы объектов и реализованы в виде указателей, в ней отсутствуют возможности работать непосредственно с указателями. Вы не можете преобразовать целое число в указатель, а также обратиться к произвольному адресу памяти.

2.4 Интерактивность

Java создавалась как средство, которое должно удовлетворить насущную потребность в создании интерактивных сетевых программ. В Java реализовано несколько интересных решений, позволяющих писать код, который выполняет одновременно массу различных функций и не забывает при этом следить за тем, что и когда должно произойти. В языке Java для решения проблемы синхронизации процессов применен наиболее элегантный из всех когда-либо изобретенных методов, который позволяет конструировать прекрасные интерактивные системы. Простые в обращении изящные под процессы Java дают возможность реализации в программе конкретного поведения, не отвлекаясь при этом на встраивание глобальной циклической обработки событий.

2.5 Независимость от архитектуры ЭВМ

Компилятор генерирует объектный файл, формат которого не зависит от архитектуры компьютера. В данном случае скомпилированная программа может выполняться на любых процессорах под управлением системы выполнения программ языка Java.

Для этого компилятор языка Java генерирует команды байт-кода, не зависящие от конкретной архитектуры компьютера. Байт-код разработан таким образом, чтобы на любой машине его можно было легко интерпретировать либо на лету перевести в машинозависимый код.

Но эту идею нельзя назвать революционной. Еще в 70-е годы в системе реализации языка Pascal, разработанной Никлаусом Виртом (Niclaus Wirth) и в системе UCSD Pascal применялась та же самая технология.

Использование байт-кодов дает большой выигрыш при выполнении программы (хотя в некоторых случаях синхронная компиляция его компенсирует). Разработчики языка Java прекрасно справились с разработкой набора команд байт-кода, которые отлично работают на большинстве современных компьютеров, легко транслируясь в реальные машинные команды.

2.6 Интерпретация и высокая производительность

Необычайная способность Java исполнять свой код на любой из поддерживаемых платформ достигается тем, что ее программы транслируются в некое промежуточное представление, называемое байт-кодом (bytecode). Байт-код, в свою очередь, может интерпретироваться в любой системе, в которой есть среда времени выполнения Java. Большинство ранних систем, в которых пытались обеспечить независимость от платформы, обладало огромным недостатком -- потерей производительности (Basic, Perl). Несмотря на то, что в Java используется интерпретатор, байт-код легко переводится непосредственно в “родные” машинные коды (Just In Time compilers) “на лету”. При этом достигается очень высокая производительность (Symantec JIT встроен в Netscape Navigator).

2.7 Простота изучения

Язык Java, хотя и более сложный чем языки командных интерпретаторов, все же неизмеримо проще для изучения, чем другие другие языки программирования, например C++. Java отличен от С++ несколькими основными изменениями, облегчающими восприятие синтаксиса Java: удалены препроцессор, заголовочные файлы, операторы typeded и директивы #define. Благодаря этому языку Java легче изучать. К примеру, рассмотрим следующий фрагмент программы:

Как можно видеть, в Java удалены все директивы препроцессора, такие как #define, что облегчает восприятие текста программы. Вместо директивы С++ #include в языке Java используется оператор import, позволяющий импортировать другие объектные классы в создаваемый код.

3. Аплеты JAVA

Программы, составленные на языке программирования Java, можно разделить по своему назначению на две большие группы.

К первой группе относятся приложения Java, предназначенные для автономной работы под управлением специальной интерпретирующей машины Java. Реализации этой машины созданы для всех основных компьютерных платформ.

Вторая группа - это так называемые апплеты (applets). Каждый апплет -- это небольшая программа, динамически загружаемая по сети -- точно так же, как картинка, звуковой файл или элемент мультипликации. Главная особенность апплетов заключается в том, что они являются настоящими программами, а не очередным форматом файлов для хранения мультфильмов или какой-либо другой информации. Апплет не просто проигрывает один и тот же сценарий, а реагирует на действия пользователя и может динамически менять свое поведение.

Приложения, относящиеся к первой, - это обычные автономные программы. Так как они не содержат машинного кода и работают под управлением специального интерпретатора, их производительность заметно ниже, чем у обычных программ, составленных, например, на языке программирования C++. Однако не следует забывать, что программы Java без перетрансляции способны работать на любой платформе, что само по себе имеет большое значение в плане разработок для Internet.

Апплеты Java встраиваются в документы HTML, хранящиеся на сервере Web. С помощью апплетов вы можете сделать страницы сервера Web динамичными и интерактивными. Апплеты позволяют выполнять сложную локальную обработку данных, полученных от сервера Web или введенных пользователем с клавиатуры. Из соображений безопасности апплеты (в отличие от обычных приложений Java) не имеют никакого доступа к файловой системе локального компьютера. Все данные для обработки они могут получить только от сервера Web. Более сложную обработку данных можно выполнять, организовав взаимодействие между апплетами и расширениями сервера Web - приложениями CGI и ISAPI.

Для повышения производительности приложений Java в современных браузерах используется компиляция "на лету"- Just-In-Time compilation (JIT). При первой загрузке апплета его код транслируется в обычную исполнимую программу, которая сохраняется на диске и запускается. В результате общая скорость выполнения апплета Java увеличивается в несколько раз.

4. Виртуальная машина JAVA и байт-коды

Программа, написанная на одном из языков высокого уровня, к которым относится и язык Java, так называемый исходный модуль, не может быть сразу же выполнена. Ее сначала надо откомпилировать, т. е. перевести в последовательность машинных команд -- объектный модуль. Но и он, как правило, не может быть сразу же выполнен: объектный модуль надо еще скомпоновать с библиотеками использованных в модуле функций и разрешить перекрестные ссылки между секциями объектного модуля, получив в результате загрузочный модуль -- полностью готовую к выполнению программу.

Исходный модуль, написанный на Java, не может избежать этих процедур, но здесь проявляется главная особенность технологии Java -- программа компилируется сразу в машинные команды, но не команды какого-то конкретного процессора, а в команды так называемой виртуальной машины Java (JVM, Java Virtual Machine). Виртуальная машина Java -- это совокупность команд вместе с системой их выполнения. Виртуальная машина Java полностью стековая, так что не требуется сложная адресация ячеек памяти и большое количество регистров. Поэтому команды JVM короткие, большинство из них имеет длину 1 байт, от чего команды JVM называют байт-кодами (bytecodes), хотя имеются команды длиной 2 и 3 байта. Согласно статистическим исследованиям средняя длина команды составляет 1,8 байта. Полное описание команд и всей архитектуры JVM содержится в спецификации виртуальной машины Java (VMS, Virtual Machine Specification).

Другая особенность Java -- все стандартные функции, вызываемые в программе, подключаются к ней только на этапе выполнения, а не включаются в байт-коды. Как говорят специалисты, происходит динамическая компоновка (dynamic binding). Это тоже сильно уменьшает объем откомпилированной программы.

Итак, на первом этапе программа, написанная на языке Java, переводится компилятором в байт-коды. Эта компиляция не зависит от типа какого-либо конкретного процессора и архитектуры некоего конкретного компьютера. Она может быть выполнена один раз сразу же после написания программы. Байт-коды записываются в одном или нескольких файлах, могут храниться во внешней памяти или передаваться по сети. Это особенно удобно благодаря небольшому размеру файлов с байт-кодами. Затем полученные в результате компиляции байт-коды можно выполнять на любом компьютере, имеющем систему, реализующую JVM. При этом не важен ни тип процессора, ни архитектура компьютера. Так реализуется принцип Java "Write once, run anywhere" -- "Написано однажды, выполняется где угодно".

Интерпретация байт-кодов и динамическая компоновка значительно замедляют выполнение программ. Это не имеет значения в тех ситуациях, когда байт-коды передаются по сети, сеть все равно медленнее любой интерпретации, но в других ситуациях требуется мощный и быстрый компьютер. Поэтому постоянно идет усовершенствование интерпретаторов в сторону увеличения скорости интерпретации. Разработаны JIT-компиляторы (Just-In-Time), запоминающие уже интерпретированные участки кода в машинных командах процессора и просто выполняющие эти участки при повторном обращении, например, в циклах. Это значительно увеличивает скорость повторяющихся вычислений. Фирма SUN разработала целую технологию Hot-Spot и включает ее в свою виртуальную машину Java. Но, конечно, наибольшую скорость может дать только специализированный процессор.

Фирма SUN Microsystems выпустила микропроцессоры PicoJava, работающие на системе команд JVM, и собирается выпускать целую линейку все более мощных Java-процессоров. Есть уже и Java-процессоры других фирм. Эти процессоры непосредственно выполняют байт-коды. Но при выполнении программ Java на других процессорах требуется еще интерпретация команд JVM в команды конкретного процессора, а значит, нужна программа-интерпретатор, причем для каждого типа процессоров, и для каждой архитектуры компьютера следует написать свой интерпретатор.

Эта задача уже решена практически для всех компьютерных платформ. На них реализованы виртуальные машины Java, а для наиболее распространенных платформ имеется несколько реализаций JVM разных фирм. Все больше операционных систем и систем управления базами данных включают реализацию JVM в свое ядро. Создана и специальная операционная система JavaOS, применяемая в электронных устройствах. В большинство браузеров встроена виртуальная машина Java для выполнения апплетов.

Кроме реализации JVM для выполнения байт-кодов на компьютере еще нужно иметь набор функций, вызываемых из байт-кодов и динамически компонующихся с байт-кодами. Этот набор оформляется в виде библиотеки классов Java, состоящей из одного или нескольких пакетов. Каждая функция может быть записана байт-кодами, но, поскольку она будет храниться на конкретном компьютере, ее можно записать прямо в системе команд этого компьютера, избегнув тем самым интерпретации байт-кодов. Такие функции называют "родными" методами (native methods). Применение "родных" методов ускоряет выполнение программы.

Фирма SUN Microsystems -- создатель технологии Java -- бесплатно распространяет набор необходимых программных инструментов для полного цикла работы с этим языком программирования: компиляции, интерпретации, отладки, включающий и богатую библиотеку классов, под названием JDK (Java Development Kit).

Набор программ и классов JDK содержит:

1. Компилятор javac из исходного текста в байт-коды; интерпретатор java, содержащий реализацию JVM;

2. Облегченный интерпретатор jre (в последних версиях отсутствует);

3. Программу просмотра апплетов appietviewer, заменяющую браузер;

4. Отладчик jdb;

5. Дизассемблер javap;

6. Программу архивации и сжатия jar;

7. Программу сбора документации javadoc;

8. Программу javah генерации заголовочных файлов языка С;

9. Программу javakey добавления электронной подписи;

10. Программу native2ascii, преобразующую бинарные файлы в текстовые;

11. Программы rmic и rmiregistry для работы с удаленными объектами;

12. Программу serialver, определяющую номер версии класса;

13. Библиотеки и заголовочные файлы "родных" методов;

14. Библиотеку классов Java API (Application Programming Interface).

Кроме JDK, компания SUN отдельно распространяет еще и набор JRE (Java Runtime Environment).

Набор программ и пакетов классов JRE содержит все необходимое для выполнения байт-кодов, в том числе интерпретатор java (в прежних версиях облегченный интерпретатор jre) и библиотеку классов. Это часть JDK, не содержащая компиляторы, отладчики и другие средства разработки. Именно JRE или его аналог других фирм содержится в браузерах, умеющих выполнять программы на Java, операционных системах и системах управления базами данных.

5. Мобильность JAVA

Создание приложений, действительно работающих на разных платформах - непростая задача. К сожалению, дело не ограничивается необходимостью перекомпиляции исходного текста программы для работы в другой среде. Много проблем возникает с несовместимостью программных интерфейсов различных операционных систем и графических оболочек, реализующих пользовательский интерфейс.

Вспомните хотя бы проблемы, связанные с переносом 16-разрядных приложений Windows в 32-разрядную среду Windows 95 и Windows NT. Даже если вы тщательно следовали всем рекомендациям, разрабатывая приложения так, чтобы они могли работать в будущих версиях Windows, едва ли вам удастся просто перекомпилировать исходные тексты, не изменив в них ни строчки. Ситуация еще больше ухудшается, если вам нужно, например, перенести исходные тексты приложения Windows в среду операционной системы OS/2 или в оболочку X-Windows операционной системы UNIX. А ведь есть еще другие компьютеры и рабочие станции!

Как нетрудно заметить, даже если стандартизовать язык программирования для всех платформ, проблемы совместимости с программным интерфейсом операционной системы значительно усложняют перенос программ на различные платформы. И, конечно, вы не можете мечтать о том, чтобы загрузочный модуль одной и той же программы мог работать без изменений в среде различных операционных систем и на различных платформах. Если программа подготовлена для процессора Intel, она ни за что не согласится работать на процессоре Alpha или каком-либо другом.

В результате создавая приложение, способное работать на различных платформах, вы вынуждены фактически делать несколько различных приложений и сопровождать их по отдельности.

На рис 1 показано, как приложение, изначально разработанное для Windows NT, переносится на платформу Apple Macintosh.

Рисунок 1 Перенос приложения с платформы Windows NT на платформу Macintosh

Вначале программист готовит исходные тексты приложения для платформы Windows NT и отлаживает их там. Для получения загрузочного модуля исходные тексты компилируются и редактируются. Полученный в результате загрузочный модуль может работать на процессоре фирмы Intel в среде операционной системы Windows NT.

Для того чтобы перенести приложение в среду операционной системы компьютера Macintosh, программист вносит необходимые изменения в исходные тексты приложения. Эти изменения необходимы из-за различий в программном интерфейсе операционной системы Windows NT и операционной системы, установленной в Macintosh. Далее эти исходные тексты транслируются и редактируются, в результате чего получается загрузочный модуль, способный работать в среде Macintosh, но не способный работать в среде Windows NT.

Программа на языке Java компилируется в двоичный модуль, состоящий из команд виртуального процессора Java. Такой модуль содержит байт-код, предназначенный для выполнения Java-интерпретатором. На настоящий момент уже созданы первые модели физического процессора, способного выполнять этот байт-код, однако интерпретаторы Java имеются на всех основных компьютерных платформах. Разумеется, на каждой платформе используется свой интерпретатор, или, точнее говоря, свой виртуальный процессор Java.

Если ваше приложение Java (или апплет) должно работать на нескольких платформах, нет необходимости компилировать его исходные тексты несколько раз. Вы можете откомпилировать и отладить приложение Java на одной, наиболее удобной для вас платформе. В результате вы получите байт-код, пригодный для любой платформы, где есть виртуальный процессор Java.

Сказанное иллюстрируется на рис. 2.

Рисунок 2 Подготовка приложения Java для работы на разных платформах

Таким образом, приложение Java компилируется и отлаживается только один раз, что уже значительно лучше. Остается, правда, вопрос - как быть с программным интерфейсом операционной системы, который отличается для разных платформ?

Здесь, на наш взгляд, разработчиками Java предлагается достаточно неплохое решение. Приложение Java не обращается напрямую к интерфейсу операционной системы. Вместо этого оно пользуется готовыми стандартными библиотеками классов, содержащими все необходимое для организации пользовательского интерфейса, обращения к файлам, для работы в сети и так далее.

Внутренняя реализация библиотек классов, разумеется, зависит от платформы. Однако все загрузочные модули, реализующие возможности этих библиотек, поставляются в готовом виде вместе с виртуальной машиной Java, поэтому программисту не нужно об этом заботиться. Для операционной системы Windows, например, поставляются библиотеки динамической загрузки DLL, внутри которых запрятана вся функциональность стандартных классов Java.

Абстрагируясь от аппаратуры на уровне библиотек классов, программисты могут больше не заботиться о различиях в реализации программного интерфейса конкретных операционных систем. Это позволяет создавать по-настоящему мобильные приложения, не требующие при переносе на различные платформы перетрансляции и изменения исходного текста.

Еще одна проблема, возникающая при переносе программ, составленных на языке программирования С, заключается в том, что размер области памяти, занимаемой переменными стандартных типов, различный на разных платформах. Например, в среде операционной системы Windows версии 3.1 переменная типа int в программе, составленной на С, занимает 16 бит. В среде Windows NT этот размер составляет 32 бита.

Очевидно, что трудно составлять программу, не зная точно, сколько имеется бит в слове или в байте. При переносе программ на платформы с иной разрядностью могут возникать ошибки, которые трудно обнаружить.

В языке Java все базовые типы данных имеют фиксированную разрядность, которая не зависит от платформы. Поэтому программисты всегда знают размеры переменных в своей программе.

Заключение

Язык программирования Java - это полностью объектно-ориентированный язык, который в отношении синтаксиса многое унаследовал от С++. Конечно, преимущества Java далеко не исчерпываются межплатформенностью. Язык Java в синтаксическом отношении проще и логичнее, чем С++. Java как платформа предоставляет в распоряжение программистов большое количество библиотек (пакетов), в которых содержится большое количество описаний классов и интерфейсов на все случаи жизни. С их помощью можно создавать стопроцентные приложения Java с возможностью обращения к базам данных, поддержкой передачи почтовых сообщений, с клиентской частью, которой необходим web-браузер, или, наоборот, с клиентской частью, обладающей изощренным интерфейсом.

Java - это очень элегантный и красивый язык. Однако при его использовании проблем также избежать не удастся. Одна из серьезных проблем заключается в том, что при создании сложного приложения на Java вам придется использовать только этот язык для создания всех частей этого приложения. В Java предусмотрено не так уж много средств для межъязыкового взаимодействия (что понятно ввиду предназначения Java быть единым многоцелевым языком программирования). В реальном мире существуют миллионы строк готового кода, которые хотелось бы интегрировать с новыми приложениями на Java. Однако это сделать очень трудно.

Список литературы

Сухов, С. А. Основы программирования на Java [Текст]: учебное пособие/Сухов С. А. - Ульяновск: УлГТУ, 2006. - 88 с.

Вебер Д. Технология Java в подлиннике: пер. с англ [Текст] - СПб.: БХВ - Петербург, 2001

Java учебник [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.java-study.ru/java-uchebnik

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

История создания языка Java. Основные принципы объектно-ориентированного программирования. Структура, особенности синтаксиса и примеры прикладных возможностей использования языка Java, его преимущества. Перспективы работы программистом на языке Java.

курсовая работа , добавлен 14.12.2012

Архитектура Java и Java RMI, их основные свойства, базовая система и элементы. Безопасность и виртуальная Java-машина. Интерфейс Java API. Пример использования приложения RMI. Работа с программой "Calculator". Универсальность, портативность платформ.

курсовая работа , добавлен 03.12.2013

Создание языка программирования с помощью приложения "Java". История названия и эмблемы Java. Обзор многообразия современных текстовых редакторов. Обработка строки. Методы в классе String. Java: задачи по обработке текста. Примеры программирования.

курсовая работа , добавлен 19.07.2014

Этапы развития, особенности и возможности языка программирования Java; происхождение названия. Приложения Sun Microsystems: идеи, примитивные типы. Python - высокоуровневый язык программирования общего назначения: структуры данных, синтаксис и семантика.

реферат , добавлен 23.06.2012

Язык Java как простой, обьектно-ориентированный, многопоточный язык программирования, разработанный компанией Sun Microsystems для расширения возможностей сети Internet. Типы данных, лексика и управляющие структуры данного языка программирования.

презентация , добавлен 25.04.2014

Разработка графического редактора для рисования двухмерной и трехмерной графики, используя язык программирования Java и интерфейсы прикладного программирования Java 2D и Java 3D. Создание графического редактора 3D Paint. Основные методы класса Graphics.

курсовая работа , добавлен 19.11.2009

История развития языка программирования Java. История тетриса - культовой компьютерной игры, изобретённой в СССР. Правила проведения игры, особенности начисления очков. Создание интерфейса программы, ее реализация в среде Java, кодирование, тестирование.

курсовая работа , добавлен 27.09.2013

Описание языка программирования Java: общие характеристики, главные свойства, краткий обзор. Надежность и безопасность, производительность и базовая система программы. Разработка программы поиска по словарю, алгоритм её работы. Общий вид кода программы.

курсовая работа , добавлен 28.10.2012

Особенности архитектуры Java. Технология Java Database Connectivity. Кроссплатформенность Java-приложений. Преимущества языка программирования. Логическая структура базы данных. Структура программного комплекса. Верификация программных средств.

курсовая работа , добавлен 13.01.2016

Архитектура уровня команд платформы Java, формат файла класса Java. Компилятор ассемблероподобного языка, позволяющий создавать файлы классов, корректно обрабатываемые реальной JVM, поддерживающий все команды байт-кода Java и важнейшие возможности JVM.

Язык Java. Введение.

Долгое время трудно было представить себе компьютерный журнал без статьи, посвященной языку Java. О нем писали даже такие популярные газеты и журналы, как The New York Times, The Washington Post и Business Week.

Невозможно припомнить, чтобы национальное общественное радио (National Public Radio) когда-либо посвящало языку программирования десятиминутную передачу. Хорошо это или плохо, зависит от точки зрения. А инвестиции объемом 100 миллионов долларов, вложенные в производство программного обеспечения, создаваемого с помощью конкретного языка программирования?! Телекомпании CNN, CNBC и другие средства массовой информации только и говорили, да и сейчас говорят, о том, как язык Java и то сможет, и это сделает.

Однако эта книга предназначена для серьезных программистов, а поскольку язык Java - это серьезный язык программирования, нам есть о чем рассказать. Итак, мы не станем погружаться в анализ рекламных обещаний и пытаться выяснить, что в них правда, а что вымысел. Вместо этого мы достаточно подробно опишем язык Java именно как язык программирования (включая, разумеется, особенности, позволяющие использовать его для работы в Интернет, которые, собственно, и вызвали столько рекламной шумихи). После этого мы попытаемся отделить реальность от фантазий, объяснив, что язык Java действительно может, а что - нет.

На первых порах между рекламными обещаниями и реальными возможностями языка Java лежала пропасть. По мере его созревания технология становилась все более стабильной и надежной, а ожидания снизились до разумного уровня. Сейчас язык Java все шире используется для создания "промежуточного программного обеспечения" (middleware), поддерживающего связь между клиентами и ресурсами серверов (например, базами данных).

Несмотря на то, что эти важные приложения не поражают воображение, именно в этой области язык Java оказался наиболее полезным благодаря своей машинной независимости, многопоточности и возможностям сетевого программирования. Кроме того, язык Java захватил лидерство в области встроенных систем (embedded systems), став фактическим стандартом портативных устройств, виртуальных киосков, бортовых автомобильных компьютеров и т.п. Однако первые попытки переписать на языке Java широко распространенные программы для персональных компьютеров не увенчались успехом - полученные приложения оказались маломощными и медленными. С появлением новой версии некоторые из этих проблем удалось решить, и все же нужно признать, что пользователям, в общем-то, совершенно безразлично, на каком языке написаны купленные ими программы. Мы полагаем, что основные преимущества языка Java проявятся при создании новых видов устройств и приложений, а не при переписывании уже существующих программ.

Язык Java как средство программирования

Как язык программирования Java перевыполнил свои рекламные обещания. Несомненно, это один из лучших языков, доступных серьезным программистам. Потенциально Java имеет все предпосылки, чтобы стать великим языком программирования, однако, вероятно, сейчас уже слишком поздно. Когда появляется новый язык программирования, немедленно возникает неприятная проблема его совместимости с программным обеспечением, созданным ранее. Более того, даже если изменения в эти программы можно внести без вмешательства в их текст, создателям языка, который так горячо приветствовался публикой, как, например, язык Java, сложно прямо сказать: "Да, возможно мы ошиблись при разработке версии X, но версия Y будет лучше". В итоге, ожидая появления дальнейших улучшений, мы должны констатировать, что структура языка Java в ближайшем будущем существенно не изменится.

Возникает очевидный вопрос: "Как удалось улучшить язык Java? ". Оказывается, это сделано не за счет усовершенствования собственно языка программирования, а путем коренного изменения библиотек программ, написанных на языке Java. Компания Sun Microsystems изменила все: начиная с имен отдельных библиотечных функций (сделав их более осмысленными) и методов работы графических модулей (изменив способ обработки событий и частично переписав рабочие программы), и заканчивая созданием новых свойств языка, например, средств вывода информации на печать, которых не было в версии Java 1.0. В результате получилась гораздо более полезная программная платформа, чем все предыдущие версии языка Java.

Компания Microsoft выпустила в свет свой собственный продукт под названием J++, имеющий отношение к языку Java. Язык J++ интерпретируется виртуальной машиной, совместимой с виртуальной машиной языка Java (Java Virtual Machine) при выполнении байт-кода, но интерфейсы с внешними кодами у этих языков значительно различаются. Языки J++ и Java имеют практически одинаковый синтаксис. Однако компания Microsoft создала дополнительные языковые конструкции. Все они имеют довольно сомнительную ценность, за исключением интерфейса Windows API. Помимо того, что у этих языков одинаковый синтаксис, их основные библиотеки (строки, утилиты, средства сетевого программирования, средства поддержки многопоточности, математические библиотеки и т.п.), по существу, также совпадают.

Однако графические библиотеки, пользовательский интерфейс и доступ к удаленным объектам у этих языков совершенно разные. В настоящее время компания Microsoft больше не поддерживает язык J++, разработав новый язык С#, имеющий много общего с Java, но использующий другую виртуальную машину. В этой книге ни язык J++, ни язык С# не описываются.

Преимущества языка Java

1) Одно из основных преимуществ языка Java - независимость от платформы, на которой выполняются программы : один и тот же код можно запускать под управлением операционных систем Windows, Solaris, Linux, Machintosh и др.
Это действительно необходимо, когда программы загружаются через Интернет для последующего выполнения под управлением разных операционных систем.

2) Другое преимущество заключается в том, что синтаксис языка Java похож на синтаксис языка C++, и программистам, знающим языки С и C++, его изучение не составляет труда . Правда, для программистов, владеющих языком Visual Basic, этот синтаксис, возможно, будет непривычен.

Если вы никогда не программировали на языке C++, некоторые термины, использованные в этом разделе, будут вам непонятны. В этом случае можете пропустить его. Пока вы доберетесь до конца главы 6, эти термины станут для вас привычными.

3) Кроме того, Java - полностью объектно-ориентированный язык, даже в большей степени, чем C++ . Все сущности в языке Java являются объектами, за исключением немногих основных типов (primitive types), например чисел. (Поскольку с помощью объектно-ориентированного программирования легко разрабатывать сложные проекты, оно заменило собой более древнее структурное программирование. Если вы не знакомы с объектно-ориентированным программированием, главы 3-6 предоставят вам все необходимые сведения о нем.)

Однако разработать еще один, слегка улучшенный, диалект языка C++ недостаточно. Принципиально важно, чторазрабатывать программы, не содержащие ошибок, наязы- ке Java легче, чем наязыке C++. Почему? Разработчики языка Java долго размышляли о том, отчего программы, написанные на языке C++, так подвержены ошибкам. Они снабдили язык Java средствами, позволяющими исключить саму возможность создавать программы, в которых были бы скрыты наиболее распространенные ошибки. Для этого в языке Java сделано следующее.

4) Исключена возможность явного выделения и освобождения памяти.
Память в языке Java освобождается автоматически с помощью механизма сборки мусора. Программист гарантирован от ошибок, связанных с неправильным использованием памяти.

5) Введены истинные массивы и запрещена арифметика указателей.
Теперь программисты в принципе не могут стереть данные из памяти вследствие неправильного использования указателей.

6) Исключена возможность перепутать оператор присваивания с оператором сравнения на равенство.
Теперь нельзя даже скомпилировать выражение if(ntries = 3) . . . (программисты на языке Visual Basic могут вообще не заметить здесь никакой проблемы, поскольку эта ошибка - источник большинства недоразумений в языках С и C++).

7) Исключено множественное наследование. Оно заменено новым понятием - интерфейсом, позаимствованным из языка Objective С.
Интерфейс дает программисту почти все, что тот может получить от множественного наследования, избегая при этом сложностей, возникающих при управлении иерархиями классов.

Характерные особенности языка Java

Простой
Интерпретируемый
Распределенный
Надежный
Безопасный
Машинонезависимый
Объектно-ориентированный
Высокопроизводительный
Многопоточный
Динамичный
Не зависящий от архитектуры компьютера

В последнем разделе мы уже коснулись некоторых из этих пунктов. В этом разделе мы: приведем цитаты из руководства по языку Java, раскрывающие особенности языка; поделимся с читателями соображениями по поводу отдельных свойств языка, основываясь на собственном опыте работы с его последней версией.

Простой

Мы, хотели создать систему, которая легко программируется, не требует дополнительного обучения и учитывает сложившуюся практику и стандарты программирования. Поэтому, несмотря на то, что мы считали язык C++ неподходящим для этих целей, язык Java был разработан максимально похожим на него, чтобы сделать систему более доступной. В языке Java нет многих редко используемых, малопонятных и невразумительных средств языка C++, которые, по нашему мнению, приносят больше вреда, чем пользы.

Синтаксис языка Java, по существу, представляет собой очищенный вариант синтаксиса языка C++. В этом языке нет заголовочных файлов, арифметики указателей (и самих указателей), структур, объединений, перегрузки операторов, виртуальных базовых классов и т.п. (Различия между языками Java и C++ описываются в замечаниях о языке C++, разбросанных по всей книге.) Однако разработчики не стремились исправить все недостатки языка C++.

Например, синтаксис оператора switch в языке Java остался неизменным. Зная язык C++, перейти к синтаксису языка Java будет легко.
Если обычно вы используете визуальную среду программирования (например Visual Basic), язык Java покажется вам сложным.
Его синтаксис часто выглядит довольно странным (хотя понять смысл выражения не составляет труда). Важнее то, что при работе на языке Java приходится намного больше программировать. Прелесть языка Visual Basic заключается в том, что его визуальная среда программирования позволяет почти автоматически создавать инфраструктуру приложения. Чтобы достичь того же результата с помощью языка Java, необходимо программировать вручную, но при этом получаются намного более короткие программы.

Существует, однако, и третья разновидность сред программирования, позволяющих создавать программы с помощью технологии "перетащить-и-опустить" ("drag-and-drop").

Другой аспект простоты - краткость. Одна из целей языка Java - обеспечить разработку программ, которые можно было бы совершенно самостоятельно выполнять на небольших машинах. Размер основного интерпретатора и средств поддержки классов составляет около 40 Кбайт; стандартные библиотеки и средства поддержки потоков (особенно номное микроядро (self-contained microkernel)) занимают еще 17: Кбайт.
Это огромный успех. Заметим, однако, что библиотеки средств поддержки графического пользовательского интерфейса значительно крупнее.

Объектно-ориентированный

Попросту говоря, объектно-ориентированное программирование - это метод программирования, в центре внимания которого находятся данные (т.е. объекты) и средства доступа к ним. Проводя аналогию со столярным делом, можно сказать, что объектноориентированный мастер в основном сосредоточен на стуле, который он изготавливает, и лишь во вторую очередь его интересуют инструменты, необходимые для этого; в то же время необъектноориентированный столяр думает лишь о своих инструментах. Объектноориентированные свойства языка Java и C++, по существу, совпадают.

Объектная ориентация за прошедшие 30 лет уже доказала свою ценность, и без нее невозможно представить себе современный язык программирования. Действительно, объектно-ориентированные особенности языка Java сравнимы с языком C++. Основное различие между ними заключается в механизме множественного наследования, для которого в языке Java найдено лучшее решение, а также в модели метаклассов языка Java.

Механизмы отражения (глава 5) и сериализации объектов (глава 12) позволяют реализовать устойчивые объекты и средства для создания графических пользовательских интерфейсов на основе готовых компонентов.

Если вы никогда не программировали на объектно-ориентированных языках, внимательно изучите главы 4-6. В этих главах излагаются основы объектно-ориентированного программирования и показываются его преимущества при разработке сложных проектов над такими традиционными, процедурно-ориентированными языками, как язык С или Basic.

Распределенный

Java обладает большой библиотекой программ для передачи данных на основе таких протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol-протокол управления передачей/Интернет-протокол), как HTTP (Hypertext Transfer Protocol - протокол передачи гипертекстов) или FTP (File Transfer Protocol-протокол передачи файлов). Приложения, написанные на языке Java, могут открывать объекты и получать к ним доступ через сеть с помощью и URL-адресов (Uniform Resource Location - универсальный адрес ресурса) так желегко, как авлокальной сети.

Сервлеты поддерживаются многими популярными Web- серверами. (Работа в сети будет описана во втором томе.) Связь между распределенными объектами в языке Java обеспечивается механизмом вызова удаленных методов (эта тема также раскрывается во втором томе).

Надежный

Язык Java предназначен для создания программ, которые должны надежно работать в любых ситуациях. Основное внимание в языке Java уделяется раннему обнаружению возможных ошибок, динамической проверке (во время выполнения программы), а также исключению ситуаций, подверженных ошибкам... Единственное значительное отличие языка Java от языка C++ заключается в модели указателей, принятой в языке Java, которая исключает возможность перезаписи участка памяти и повреждения данных.

Это свойство также очень полезно. Компилятор языка Java выявляет такие ошибки, которые в других языках обнаруживаются только на этапе выполнения программы. Кроме того, программисты, потратившие многие часы на поиски ошибки, вызвавшей повреждение памяти из-за неверного указателя, будут очень рады тому, что в языке Java такие проблемы возникнуть в принципе не могут.

Если раньше вы программировали на языках Visual Basic или COBOL, в которых указатели явно не используются, возможно, вам непонятно, почему это настолько важно. Программистам на языке С повезло намного меньше. Им нужны указатели для доступа к строкам, массивам, объектам и даже файлам. При программировании на языке Visual Basic ничего этого не требуется, и программист может не беспокоиться о распределении памяти для этих сущностей. С другой стороны, многие структуры данных в языке, не имеющем указателей, реализовать очень трудно. Для обычных структур, вроде строк и массивов, указатели не нужны. Вся мощь указателей проявляется лишь там, где без них нельзя обойтись, например, при создании связанных списков. Программист на языке Java навсегда избавлен от неверных указателей, неправильного распределения и утечки памяти.

Безопасный

Язык Java предназначен для использования в сетевой или распределенной среде. По этой причине большое внимание было уделено безопасности. Язык Java позволяет создавать системы, защищенные от вирусов и постороннего вмешательства.

В первом издании мы написали: "Никогда не говори никогда",- и оказались правы. Группа экспертов по вопросам безопасности из Принстонского университета обнаружила первые ошибки в системе защиты версии Java 1.0 вскоре после появления в продаже первой версии набора инструментальных средств JDK. Более того, и они, и другие специалисты продолжали и впоследствии находить все новые и новые ошибки в механизмах безопасности всех последующих версий языка Java.

Положительной стороной этой ситуации является то, что группа разработчиков языка Java заявила о своей полной нетерпимости к любым ошибкам в системе защиты и немедленно приступила к исправлению всех проблем, обнаруженных в механизме безопасности апплетов. В частности, опубликовав внутренние спецификации интерпретатора языка Java, компания Sun намного облегчила поиск скрытых ошибок в системе безопасности и привлекла к их поиску независимых специалистов.

Это повысило вероятность того, что все ошибки в системе защиты будут вскоре обнаружены. В любом случае обмануть систему защиты языка Java чрезвычайно трудно. Обнаруженные до сих пор ошибки были почти неуловимыми, к тому же их количество (относительно) невелико.

Web-страница компании Sun, посвященная вопросам безопасности, имеет следующий URL-адрес: http://java.sun.com/sfaq/.

Перечислим некоторые ситуации, возникновение которых предотвращает система безопасности языка Java.

1) Переполнение стека выполняемой программы, к которюму приводил печально известный "червь", распространявшийся в Интернет.

2) Повреждение участков памяти, находящихся за пределами пространства, выделенного процессу.

3) Считывание и запись локальных файлов при использовании безопасного загрузчика классов, например Web-броузера, который запрещает такой доступ к файлам.

Со временем в язык были добавлены новые средства защиты. Начиная с версии 1.1, в языке Java появилось понятие классов с цифровой подписью. Пользуясь классом с цифровой подписью, вы можете быть уверенным в его авторе. Если вы ему доверяете, то можете предоставить этому классу все привилегии, доступные на вашей машине.

Альтернативный механизм доставки кода, предложенный компанией Microsoft, опирается на технологию ActiveX и для безопасности использует только цифровые подписи. Очевидно, что этого недостаточно-любой пользователь программного обеспечения фирмы Microsoft может подтвердить, что программы широко известных производителей часто завершаются аварийно, создавая тем самым опасность повреждения данных. Система безопасности в языке Java намного надежнее, чем технология ActiveX, поскольку она контролирует приложение с момента его запуска и не позволяет ему причинять ущерб.

Не зависящий от архитектуры

Компилятор генерирует объектный файл, формат которого не зависит от архитектуры компьютера, - скомпилированная программа может выполняться на любых процессорах под управлением системы выполнения программ языка Java. Для этого компилятор языка Java генерирует команды, байт-кода, не зависящие от конкретной архитектуры компьютера. Байт- код разработан таким образом, чтобы на любой машине его можно было легко интерпретировать либо на лету перевести в машиноза висимый код.

Это не новая идея. Более 20 лет назад и в системе реализации языка Pascal, разработанной Никлаусом Виртом (Niclaus Wirth), и в системе UCSD Pascal применялась та же самая технология. Использование байт-кодов дает большой выигрыш при выполнении программы (правда, синхронная компиляция во многих случаях его компенсирует). Разработчики языка Java прекрасно справились с разработкой набора команд байт-кода, которые отлично работают на большинстве современных компьютеров, легко транслируясь в реальные машинные команды.

Машинонезависимый

В отличие от языков С и C++, в спецификации Java нет аспектов, зависящих от системы реализации. И размер основных типов данных, и арифметические операции над ними точно определены.

Например, тип int в языке Java всегда означает 32-разрядное целое число. В языках С и C++ тип int может означать как 16-разрядное, так и 32-разрядное целое число, а также целое число произвольного размера, по выбору разработчика конкретного компилятора. Единственное ограничение заключается в том, размер типа int не может быть меньше размера типа short int и больше размера типа long int. Фиксированный размер числовых типов позволяет избежать многих неприятностей, связанных с выполнением программ на разных компьютерах. Бинарные данные хранятся и передаются в фиксированном формате, что также позволяет избежать недоразумений, связанных с разным порядком записи байтов на разных платформах (конфликт "big endian/little endian"). Строки сохраняются в стандартном формате Unicode.

Библиотеки, представляющие собой часть системы, определяют машинонезависимый интерфейс. Например, в языке предусмотрен абстрактный класс Window и его реализации для операционных систем Unix, Windows и Macintosh.

Каждый, кто когда-либо пытался написать программу, которая одинаково хорошо работала бы под управлением операционных систем Windows, Macintosh и десяти разновидностей системы Unix, знает, что это очень трудная задача. Версия Java предприняла героическую попытку решить эту проблему, предоставив простой инструментальный набор, адаптирующий обычные элементы пользовательского интерфейса к большому количеству программных платформ. К сожалению, библиотека, на которую было затрачено немало труда, не позволила достичь приемлемых результатов на разных платформах. (При этом на разных платформах в графических программах проявлялись разные ошибки.)

Однако это было лишь началом. Во многих приложениях машинная независимость намного важнее изысканности графического пользовательского интерфейса. Именно эти приложения выиграли от появления версии Java 1.0. Однако теперь инструментальный набор для создания графического пользовательского интерфейса полностью переработан и больше не зависит от интерфейса пользователя на главном компьютере. Новая версия более осмысленна и, по нашему мнению, более привлекательна для пользователя, чем предыдущие.

Интерпретируемый

Интерпретатор языка Java может пересылаться на любую машину и выполнять байт-код непосредственно на ней. Поскольку редактирование связей - более легкий процесс, разработка программ может стать намного быстрее и эффективнее.

Возможно, это дает преимущество при разработке приложений, однако приведенная цитата - явное преувеличение. В любом случае компилятор языка Java, входящий в набор инструментальных средств JSDK (Java Software Development Kit), работает довольно медленно. (Некоторые компиляторы, принадлежащие к третьей разновидности, например, компиляторы компании IBM, работают намного быстрее.) Скорость перекомпиляции - это всего лишь один из факторов, характеризующих эффективность среды программирования. Сравнив скорость работы сред программирования на языке Java и языке Visual Basic, вы, возможно, будете разочарованы.

Высокопроизводительный

Хотя обычно интерпретируемые байт-коды имеют более чем достаточную производительность, бывают ситуации, в которых требуется еще более высокая эффективность. Байт-коды можно "на лету" (во время выполнения) транслировать в машинные коды для конкретного процессора, на котором выполняется данное приложение.

Несмотря на то что синхронные компиляторы все равно медлительнее, чем машинозависимые компиляторы, они во всяком случае работают намного быстрее интерпретаторов, обеспечивая для некоторых программ 10- и даже 20-кратное ускорение. Эта технология постоянно совершенствуется и в конце концов может достичь той скорости, которую никогда не превзойдут традиционные компиляторы. Например, синхронный компилятор может определить, какой фрагмент кода выполняется чаще, и оптимизировать его по скорости выполнения.

МНОГОПОТОЧНЫЙ

Обеспечивает лучшую интерактивность и выполнение программы.

Если вы когда-либо пытались организовать многопоточные вычисления на каком- нибудь еще языке программирования, вы будете приятно удивлены тем, как это легко сделать на языке Java. Потоки в языке Java могут использовать преимущества многопроцессорных систем, если операционная система позволяет это сделать. К сожалению, реализации потоков на большинстве платформ сильно отличаются друг от друга, а разработчики языка Java не предпринимают никаких попыток достичь единообразия. Только код для вызова потоков остается одинаковым для всех машин; язык Java перекладывает реализацию многопоточности на базовую операционную систему или библиотеку потоков. (Потоки описываются во втором томе.) Несмотря на это, именно легкость организации многопоточных вычислений делает язык Java таким привлекательным для разработки программного обеспечения серверов.

Динамичный

Во многих отношениях язык Java является более динамичным, чем языки С или C++. Он был разработан так, чтобы легко адаптироваться к постоянно изменяющейся среде. В библиотеки можно свободно добавлять новые методы и объекты, не причиняя никакого вреда. Язык Java позволяет легко получать информацию о ходе выполнения программы.

Это очень важно в тех случаях, когда требуется добавить код в уже выполняемую программу. Ярким примером этого является код, который загружается из Интернет для выполнения броузером. В версии Java 1.0 получить информацию о ходе выполняемой программы было совсем не легко, однако нынешняя версия языка Java раскрывает перед программистом как структуру, так и поведение объектов выполняемой программы.
Это весьма ценно для систем, которые должны анализировать объекты в ходе выполнения программы. К таким системам относятся средства создания графического пользовательского интерфейса, интеллектуальные отладчики, сменные компоненты и объектные базы данных.

Язык Java и Интернет

Идея проста- пользователи загружают байт-коды языка Java из Интернет и выполняют их на своих машинах. Программы Java, работающие под управлением Web-броузеров, называются апплетами. Для использования апплета нужен Web-броузер, поддерживающий язык Java и способный интерпретировать байт-коды. Лицензия на исходные коды языка Java принадлежит компании Sun, настаивающей на неизменности как самого языка, так и структуры его основных библиотек. К сожалению, в реальности все не так. Разные версии броузеров Netscape и Internet Explorer поддерживают разные версии языка Java, причем некоторые из этих версий значительно устарели. Эта достойная сожаления ситуация создает все больше препятствий при разработке апплетов, позволяющих использовать преимущества последней версии языка Java. Чтобы решить эту проблему, компания Sun разработала программу Java Plug-in, позволяющую создавать наиболее современную среду для запуска программ на языке Java на основе броузеров Netscape и Internet Explorer.

Загрузка апплета напоминает внедрение изображения в Web-страницу. Апплет становится частью страницы, а текст обтекает занятое им пространство. Однако отличие заключается в том, что изображение теперь является живым (alive). Оно реагирует на команды пользователя, изменяет свой внешний вид и обеспечивает пересылку данных между компьютером, на котором просматривается апплет, и компьютером, управляющим этим апплетом.

Загрузка апплета напоминает вставку рисунка в Web-страницу. Апплет становится частью страницы, а текст обтекает занимаемое им место. Дело в том, что изображение является "живым". Оно реагирует на команды пользователя, изменяет свой внешний вид и выполняет пересылку данных между компьютером, на котором выполняется апплет, и компьютером, управляющим этим апплетом.

На рис. 1.1 показан хороший пример динамической Web-страницы, выполняющей сложные вычисления и применяющей апплет для изображения молекул. Чтобы лучше понять структуру молекулы, можно вращать ее либо изменять масштаб изображения, используя мышь. Такие манипуляции нельзя реализовать на статических Web- страницах, однако апплеты делают это возможным. (Этот апплет можно найти по адресу http: //jmol.sourceforge.net.)

Рис. 1.1. Апплет Jmol

С помощью апплетов на Web-страницу можно добавлять новые кнопки и текстовые поля. Однако такие апплеты медленно загружаются по телефонной линии.

Почти то же самое можно сделать с помощью языка Dynamic HTML, форм языка HTML (Hypertext Markup Language - язык разметки гипертекстов) или языка сценариев, например, языка JavaScript. Разумеется, первые апплеты предназначались для анимации: вращающиеся глобусы, танцующие персонажи мультфильмов, вычурные тексты и т.п. Однако большинство из перечисленного могут делать и анимированные GIF-файлы, а язык Dynamic HTML в сочетании с разработкой сценариев делает намного больше, чем апплеты.

В результате несовместимости броузеров и несогласованности процесса загрузки через медленные сетевые соединения апплеты, предназначенные для Web-страниц, не стали огромным достижением. В локальных сетях (intranets) ситуация совершенно иная. В них обычно не возникают проблемы, связанные с пропускной способностью канала, поэтому время загрузки апплетов несущественно. В локальной сети можно выбирать нужный броузер или применять программу Java Plug-In. Сотрудники не могут переместить программу, доставленную через сеть, в неправильное место или неверно ее установить, а системному администратору не нужно обходить все клиентские машины и обновлять на них программы. Большое количество программ, предназначенных для учета товаров, планирования отпуска, возмещения транспортных расходов и тому подобного, были разработаны многими корпорациями в виде апплетов, использующих броузеры.

Пока мы писали книгу, маятник вновь качнулся от клиентских программ в сторону программирования серверных приложений (server-side programming). В частности, прикладные серверы (application servers) могут использовать мониторинговые возможности виртуальной машины Java для автоматического выравнивания нагрузки, объединения связей с базой данных, синхронизации объектов, безопасного завершения работы и повторной загрузки, а также для выполнения других процессов, необходимых для масштабируемых серверных приложений, которые почти невозможно корректно реализовать. Таким образом, программисты, создающие приложения, получили возможность купить эти сложные механизмы, вместо того, чтобы разрабатывать их самостоятельно. Это повысило производительность труда программистов - они сосредоточились на логике своих программ, не отвлекаясь на детали, связанные с работой серверов.

Java - язык программирования, разработанный компанией SunMicrosystems. Приложения Java обычно компилируются в специальный байт-код, поэтому они могут работать на любой виртуальной Java-машине(JVM) независимо от компьютерной архитектуры. Дата официального выпуска - 23 мая 1995 года. Сегодня технология Java предоставляет средства для превращения статических Web-страниц в интерактивные динамические документы и для создания распределенных не зависящих от платформы приложений.

Программы на Java транслируются в байт-код, выполняемый виртуальной машиной Java (JVM) -программой, обрабатывающей байтовый код и передающей инструкции оборудованию как интерпретатор.

Достоинство подобного способа выполнения программ - в полной независимости байт-кода от операционной системы и оборудования, что позволяет выполнять Java-приложения на любом устройстве, для которого существует соответствующая виртуальная машина. 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.

Часто к недостаткам концепции виртуальной машины относят то, что исполнение байт-кода виртуальной машиной может снижать производительность программы алгоритмов, реализованных на языке Java. В последнее время был внесен ряд усовершенствований, которые несколько увеличили скорость выполнения программ на Java:

Применение технологии трансляции байт-кода в машинный код непосредственно во время работы программы (JIT-технология) с возможностью сохранения версий класса в машинном коде,

Широкое использование платформенно - ориентированного кода (native-код) в стандартных библиотеках,

Аппаратные средства, обеспечивающие ускоренную обработку байт-кода (например, технология Jazelle, поддерживаемая некоторыми процессорами фирмы ARM).

Основные возможности языка:

Автоматическое управление памятью;

Расширенные возможности об работки 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 уровне отдельных SQL-запросов-на основе JDBC,SQLJ;

На уровне концепции объектов, обладающих способностью к хранению в базе данных-на основе Java Data Objects и Java Persistence API;

Поддержка шаблонов (начиная с версии 1.5);

Параллельное выполнение программ .

1.4.3 Язык программирования C#

В июне 2000 года стало известно о новом языке программирования, родившемся в недрах компании Microsoft. Он стал частью новой технологии Microsoft, названной.NET (читается «Dot Net»). В рамках этой технологии предусмотрена единая среда выполнения программ (Common Language Runtime, CLR), написанных на разных языках программирования. Одним из таких языков, основным в этой среде, и является C# (C#, читается «C sharp», «Си шарп»). Названием языка, конечно же, хотели подчеркнуть его родство с Си++, ведь # - это два пересекшихся плюса. Но больше всего новый язык похож на Java . И нет сомнений, что одной из причин его появления стало стремление Microsoft ответить на вызов компании Sun.

Хотя официально авторы C# не называются, но на титульном листе одной из предварительных редакций справочника по языку обозначены Андерс Хейльсберг (Anders Hejlsberg) - создатель Турбо Паскаля и Дельфи, перешедший в 1996 году в Microsoft, и Скотт Вилтамут (Scott Wiltamuth).

Единая среда выполнения программ основана на использовании промежуточного языка IL (Intermediate Language - промежуточный язык), исполняющего почти ту же роль, что и байт-код виртуальной машины языка Ява. Используемые в рамках технологии.NET компиляторы с различных языков транслируют программы в IL-код. Так же как и байт-код Явы, IL-код представляет собой команды гипотетической стековой вычислительной машины. Но есть и разница в устройстве и использовании IL.

Во-первых, в отличие от JVM, IL не привязан к одному языку программирования. В составе, предварительных версий Microsoft.NET имеются компиляторы с языков Си++, C#, Visual Basic. Независимые разработчики могут добавлять другие языки, создавая компиляторы с этих языков в IL-код.

Во-вторых, IL предназначен не для программной интерпретации, а для последующей компиляции в машинный код. Это позволяет достичь существенно большего быстродействия программ. Содержащие IL-код файлы несут достаточно информации для работы оптимизирующего компилятора .

«C# - простой, современный, объектно-ориентированный язык с безопасной системой типов, происходящий от Си и Си++. C# будет удобен и понятен для программистов, знающих Си и Си++. C# сочетает продуктивность Visual Basic и мощность Си++.» Такими словами начинается описание C#.

Рассмотрим технические особенности языка:

Единицей компиляции является файл (как в Си, Си++, Яве). Файл может содержать одно или несколько описаний типов: классов (class), интерфейсов (interface), структур (struct), перечислений (enum), типов-делегатов (delegate) с указанием (или без указания) об их распределении по пространствам имен;

Пространства имен (namespace) регулируют видимость объектов программы (как в Си++). Пространства имен могут быть вложенными. Разрешено употребление объектов программы без явного указания пространства имен, которому этот объект принадлежит. Достаточно лишь общего упоминания об использовании этого пространства имен в директиве using (как в Турбо Паскале). Предусмотрены псевдонимы для названий пространств имен в директиве using (как в языке Оберон);

Элементарные типы данных: 8-разрядные (sbyte, byte), 16-разрядные (short, ushort), 32-разрядные (int, uint) и 64-разрядные (long, ulong) целые со знаком и без знака, вещественные одиночной (float) и двойной (double) точности, символы Unicode (char), логический тип (bool, не совместим с целыми), десятичный тип, обеспечивающий точность 28 значащих цифр (decimal);

Структурированные типы: классы и интерфейсы (как в Яве), одномерные и многомерные (в отличие от Явы) массивы, строки (string), структуры (почти то же, что и классы, но размещаемые не куче и без наследования), перечисления, несовместимые с целыми (как в Паскале);

Типы-делегаты или просто «делегаты» (подобны процедурным типам в Модуле‑2 и Обероне, указателям на функции в Си и Си++);

Типы подразделяются на ссылочные (классы, интерфейсы, массивы, делегаты) и типы-значения (элементарные типы, перечисления, структуры). Объекты ссылочных типов размещаются в динамической памяти (куче), а переменные ссылочных типов являются, по сути, указателями на эти объекты. В случае типов-значений переменные представляют собой не указатели, а сами значения. Неявные преобразования типов разрешены только для случаев, когда они не нарушают систему безопасности типов и не приводят к потере информации. Все типы, включая элементарные, совместимы с типомobject, который является базовым классом всех прочих типов. Предусмотрено неявное преобразование типов-значений к типу object, называемое упаковкой (boxing), и явное обратное преобразование - распаковка (unboxing);

Автоматическая сборка мусора (как в Обероне и Яве);

Обширный набор операций с 14 уровнями приоритета. Переопределение операций (как в Алголе-68, Аде, Си++). С помощью операторов checked и unchecked можно управлять контролем переполнения при выполнении операций с целыми;

Методы с параметрами значениями, параметрами-ссылками (ref) и выходными параметрами (out). Слова ref и out нужно записывать перед параметром не только в описании метода, но и при вызове. Наличие выходных параметров позволяет контролировать выполнение определяющих присваиваний. По правилам языка любая переменная должна гарантированно получить значение до того, как будет предпринята попытка ее использования;

Управляющие операторы: if, switch, while, do, for, break, continue (как в Си, Си++ и Яве). Оператор foreach, выполняющий цикл для каждого элемента «коллекции», несколько разновидностей оператора перехода goto;

Обработка исключений (как в Яве);

Свойства - элементы классов (объектов), доступ к которым осуществляется так же, как и к полям (можно присвоить или получить значение), но реализуется неявно вызываемыми подпрограммами get и set (как в Объектном Паскале - входном языке системы Delphi);

Индексаторы - элементы классов (объектов), позволяющие обращаться к объектам так же, как к массивам (указанием индекса в квадратных скобках). Реализуются неявно вызываемыми подпрограммами get и set. Например, доступ (для чтения) к символам строки может выполняться как к элементам массива благодаря тому, что для стандартного класса string реализован индексатор;

События - элементы классов (поля или свойства) процедурного типа (делегаты), к которым вне класса, где они определены, применимы только операции += и –=, позволяющие добавить или удалить методы-обработчики событий для объектов данного класса;

Небезопасный (unsafe) код, использующий указатели и адресную арифметику, локализуется в частях программы, помеченных модификатором unsafe;

Препроцессор, предусматривающий, в отличие от Си и Си++, только средства условной компиляции .

Разумеется, обсуждавшиеся недостатки C# вовсе не лишают язык перспектив. Он во многих отношениях предпочтительней Си++. Общая неудовлетворенность языком Си++, признанием которой является само появление нового языка, является одной из основных предпосылок успеха C#.

Сравнивая C# с Явой, можно увидеть много общих черт. Правда, если Ява-системы многоплатформны, то реализация C# существует пока только для операционной системы Windows и только одна. Но, несмотря на тяжеловесность, можно ожидать, что язык будет реализован и для других систем. Кроме того, сама платформа Microsoft .NET с единой средой выполнения программ может быть продвинута на альтернативные архитектуры, в первую очередь на UNIX-системы.

C# представляется более реалистичным языком, чем Ява. В отличие от Явы, он самодостаточен. То есть на C# можно написать любую программу, не прибегая к другим языкам. Это возможно благодаря наличию «небезопасных» блоков кода, которые открывают доступ непосредственно к аппаратуре. В языке Ява для доступа к средствам низкого уровня должны использоваться «родные методы» (native methods), которые необходимо программировать на других языках.

И, разумеется, перспективы C# в первую очередь связаны с теми усилиями, которые, конечно же, приложит компания Microsoft для его продвижения .

Простой

«Мы, хотели создать систему, которая легко программируется, не требует дополнительного обучения и учитывает сложившуюся практику и стандарты программирования. Поэтому, несмотря на то, что мы считали язык C++ неподходящим для этих целей, язык Java был разработан максимально похожим на него, чтобы, сделать систему более доступной. В языке Java нет многих редко используемых, малопонятных и невразумительных средств языка C++, которые, по нашему мнению, приносят больше вреда, чем пользы. Синтаксис языка Java, по существу, представляет собой очищенный вариант синтаксиса языка C++. В этом языке нет заголовочных файлов, арифметики указателей (и самих указателей), структур, объединений, перегрузки операторов, виртуальных базовых классов и т.п.»

Однако разработчики не стремились исправить все недостатки языка C++. Например, синтаксис оператора switch в языке Java остался неизменным. Зная язык C++, перейти к синтаксису языка Java будет легко. Одна из целей языка Java - обеспечить разработку программ, которые можно было бы совершенно самостоятельно выполнять на небольших машинах. Размер основного интерпретатора и средств поддержки классов составляет около 40 Кбайт; стандартные библиотеки и средства поддержки потоков (особенно авто-

номное микроядро (self-contained microkernel)) занимают еще 175 Кбайт. Это огромный успех. Заметим, однако, что библиотеки средств поддержки графического пользовательского интерфейса значительно крупнее.

Объектно-ориентированный

«Попросту говоря, объектно-ориентированное программирование - это метод программирования, в центре внимания которого находятся данные (т.е. объекты) и средства доступа к ним».

Объектно-ориентированные свойства язиков Java и C++,по существу, совпадают. Объектная ориентация за прошедшие 30 лет уже доказала свою ценность, и без нее невозможно представить себе современный язык программирования. Действительно, объектно-ориентированные особенности языка Java сравнимы с языком C++. Основное различие между ними заключается в механизме множественного наследования, для которого в языке Java найдено лучшее решение, а также в модели метаклассов языка Java. Механизмы отражения и сериализации объектов позволяют реализовать устойчивые объекты и средства для создания графических пользовательских интерфейсов на основе готовых компонентов.

Распределенный

«Язык Java обладает большой библиотекой программ для передачи данных на основе таких протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol - протокол управления передачей/Интернет-протокол), как http (Hypertext TransjerProtocol- протокол передачи гипертекстов) или FTP (File Transfer Protocol - протокол передачи файлов). Приложения, написанные на языке Java, могут открывать объекты и получать к ним доступ через сеть с помощью URLrodpecoe (Uniform Resource Location - универсальный адрес ресурса) так же легко, как и в локальной сети.»

Язык Java предоставляет мощные и удобные средства для работы в сети. Каждый, кто когда-либо пытался писать программы для работы в Интернет на других языках, будет приятно удивлен тем, как легко решаются на языке Java самые трудные задачи, например, открытие сетевых соединений (sockets connection). Элегантный механизм, состоящий из так называемых сервлетов (servlets), делает работу на сервере чрезвычайно эффективной. Сервлеты поддерживаются многими популярными Web-серверами. Связь между распределенными объектами в языке Java обеспечивается механизмом вызова удаленных методов(эта тема также раскрывается во втором томе).

Надежный

«Язык Java предназначен для создания программ, которые должны надежно работать в любых ситуациях. Основное внимание в языке Java уделяется раннему обнаружению возможных ошибок, динамической проверке (во время выполнения программы), а также исключению ситуаций, подверженных ошибкам... Единственное значительное отличие языка Java от языка C++ заключается в модели указателей, принятой в языке Java, которая исключает возможность перезаписи участка памяти и повреждения данных.»

Безопасный

«Язык Java предназначен для использования в сетевой, распределенной среде. По этой причине большое внимание было уделено безопасности. Язык Java позволяет создавать системы, защищенные от вирусов и постороннего вмешательства.»

Группа разработчиков языка Java заявила о своей полной нетерпимости к любым ошибкам в системе защиты и немедленно приступила к исправлению всех проблем, обнаруженных в механизме безопасности аплетов. В частности, опубликовав внутренние спецификации интерпретатора языка Java, компания Sun намного облегчила поиск скрытых ошибок в системе безопасности и привлекла к их поиску независимых специалистов. Это повысило вероятность того, что все ошибки в системе защиты будут вскоре обнаружены. В любом случае обмануть систему защиты языка Java чрезвычайно трудно. Обнаруженные до сих пор ошибки были почти неуловимыми, к тому же их количество (относительно) невелико.

Все эти меры безопасности вполне уместны и обычно работают безупречно, однако осмотрительность никогда не повредит. Хотя обнаруженные к данному моменту ошибки были далеко не тривиальными, и все детали их поиска часто хранятся в секрете, следует признать, что доказать безопасность языка Java, вероятно, все же невозможно. Со временем в язык были добавлены новые средства защиты. Начиная с версии 1.1, в языке Java появилось понятие классов с цифровой подписью. Пользуясь классом с цифровой подписью, вы можете быть уверенным в его авторе. Если вы ему доверяете, то можете предоставить этому классу все привилегии, доступные на вашей машине.

Не зависящий от архитектуры

«Компилятор генерирует объектный файл, формат которого не зависит от архитектуры компьютера, - скомпилированная программа может выполняться на любых процессорах под управлением системы выполнения программ языка Java. Для этого компилятор языка Java генерирует команды, байт-кода, не зависящие от конкретной архитектуры компьютера. Байт-код разработан таким образом, чтобы на любой машине его можно было легко интерпретировать либо на лету перевести в машиноза висимый код».

Это не новая идея. Более 20 лет назад и в системе реализации языка Pascal, разработанной Никлаусом Виртом (Niclaus Wirth), и в системе UCSD Pascal применялась таже самая технология. Использование байт-кодов дает большой выигрыш при выполнении программы (правда, синхронная компиляция во многих случаях его компенсирует). Разработчики языка Java прекрасно справились с разработкой набора команд байт-кода, которые отлично работают на большинстве современных компьютеров,

легко транслируясь в реальные машинные команды.

Машинонезависимый

«В отличие от языков С и C++, в спецификации Java нет аспектов, зависящих от системы реализации. И размер основных типов данных, и арифметические операции над ними точно определены. Например, тип int в языке Java всегда означает 32-разрядное целое число. В языках С и C++ тип int может означать как 16-разрядное, так и 32-разрядное целое число, а также целое число произвольного размера, по выбору разработчика кон кретного компилятора. Единственное ограничение заключается в том, "что размер типа int не может быть меньше размера типа shortint и больше размера типа

Фиксированный размер числовых типов позволяет избежать многих неприятностей, связанных с выполнением программ на разных компьютерах. Бинарные данные хранятся и передаются в фиксированном формате, что также позволяет избежать недоразумений, связанных с разным порядком записи байтов на разных платформах (конфликт "big endian/little endian"). Строки сохраняются встандартном формате Unicode.

Интерпретируемый

«Интерпретатор языка Java может пересылаться на любую машину и выполнять байт-код непосредственно на ней. Поскольку редактирование связей - более легкий процесс, разработка программ может стать намного быстрее и эффективнее.»

Высокопроизводительный

«Хотя обычно интерпретируемые байт-коды имеют более чем достаточную производительность, бывают ситуации, в которых требуется еще более высокая эффективность. Байт-коды можно "на лету" (во время выполнения) транслировать в машинные коды для конкретного процессора,на котором выполняется данное приложение.»

Если для выполнения байт-кодов применяется интерпретатор, не следует употреблять словосочетание "высокая производительность". Однако на многих платформах возможен другой вид компиляции, обеспечиваемый синхронными компиляторами (just-in-time compilers-JIT). Они транслируют байт-код в машинозависимый код, сохраняют результат в памяти, а затем вызывают его при необходимости. Поскольку при этом интерпретация выполняется только один раз, этот подход во много раз увеличивает скорость работы. Несмотря на то что синхронные компиляторы все равно медлительнее, чем машинозависимые компиляторы, они во всяком случае работают намного быстрее интерпретаторов, обеспечивая для некоторых программ 10-ти и даже 20-кратное ускорение. Эта технология постоянно совершенствуется и в конце концов может достичь той скорости, которую никогда не превзойдут традиционные компиляторы. Например, синхронный компилятор может определить, какой фрагмент кода выполняется чаще, и оптимизировать его по скорости выполнения.

Многопоточный

«Многопоточностъ обеспечивает лучшую интерактивность и выполнение программы.» Если вы когда-либо пытались организовать многопоточные вычисления на каком-нибудь еще языке программирования, вы будете приятно удивлены тем, как это легко сделать на языке Java. Потоки в языке Java могут использовать преимущества многопроцессорных систем, если операционная система позволяет это сделать. К сожалению, реализации потоков на большинстве платформ сильно отличаются друг от друга, а разработчики языка Java не предпринимают никаких попыток достичь единообразия. Только код для вызова потоков остается одинаковым для всех машин; язык Javaперекладывает реализацию многопоточности на базовую операционную систему или библиотеку потоков. (Потоки описываются во втором томе.) Несмотря на это, именно легкость организации многопоточных вычислений делает язык Java таким привлекательным для разработки программного обеспечения серверов.

Динамичный

«Во многих отношениях язык Java является более динамичным, чем языки С или C++. Он был разработан так, чтобы легко адаптироваться к постоянно изменяющейся среде. В библиотеки можно свободно добавлять новые методы и объекты, не причиняя никакого вреда. Язык Java позволяет легко получать информацию о ходе выполнения программы.»

Это очень важно в тех случаях, когда требуется добавить код в уже выполняемую программу. Ярким примером этого является код, который загружается из Интернет для выполнения браузером. В версии Java 1.0 получить информацию о ходе выполняемой программы было совсем не легко, однако нынешняя версия языка Java раскрывает перед программистом как структуру, так и поведение объектов выполняемой программы. Это весьма ценно для систем, которые должны анализировать объекты в ходе выполнения программы. К таким системам относятся средства создания графического пользовательского интерфейса, интеллектуальные отладчики, сменные компоненты и объектные базы данных.

Если вы новичок и только начинаете учить Java, вы наверняка задумывались, где именно используют Java? Вы не наблюдаете множество игр, написанных на Java, за исключением Minecraft, такие настольные утилиты, как Adobe Acrobat, Microsoft Office не написаны на Java, так же, как и ваша операционная система, будь то Linux или Windows, так где же всё-таки применяют Java? Имеет ли она какое-либо реальное применение вообще? Что ж, вы не одиноки, многие программисты, только вступившие на IT путь или уже уверенные специалисты, задаются этим вопросом. Между тем, вы можете узнать, где используется Java, просто установив Java на ваш компьютер, Oracle утверждает, что более 3 миллиардов устройств работают на Java, довольно большое число, не так ли? Большинство крупных компаний так или иначе используют Java. Многие серверные приложения, обрабатывающие десятки миллионов запросов в день, написаны на Java, высокочастотные трейдинговые приложения также написаны на Java, например трейдинговые приложения LMAX, использующие их новаторский многопоточный параллельный фреймворк Disruptor . В этой статье мы более подробно рассмотрим, в каких проектах используется Java, в каких областях она доминирует и где вообще применима в реальном мире?

Этот универсальный язык программирования используют компании разного масштаба в своем корпоративном серверном ПО. Написанные на Java приложения можно найти везде: в «умном» чайнике, твоем Android-смартфоне, компьютере или автомобиле Tesla. И поскольку Java есть везде, найти работу, зная этот язык, довольно просто.
Зачем нужно учить Java?
Всё просто: Java - универсальный язык, который используют сотни тысяч компаний. Так что если вы знаете Java, довольно легко найти интересную работу. Java достаточно несложен в освоении, поэтому он подходит тем, кто впервые подошёл к изучению программирования. Этот язык работает на всех платформах, и хотя он постоянно обновляется и модернизируется, старый Java-код совместим с новым.

Реальные Java приложения

Существует множество областей применения Java, от сайтов электронной коммерции до Android приложений, от научных до финансовых приложений, таких как трейдинговые системы, от игр, типа Minecraft, до настольных программных средств, таких как Eclipse, Netbeans и IntelliJ, от open source фреймворков до J2ME приложений и т.д. Давайте детальнее рассмотрим каждое из них.

Android приложения

Если хотите увидеть, где используется Java, не нужно далеко идти. Просто возьмите свой телефон на Android, абсолютно все приложения написаны на Java, с использованием Google и Android API, которые схожи с JDK. Пару лет назад Android предоставил необходимые возможности, благодаря чему сегодня многие Java программисты – Android разработчики. Кстати, Android использует другую JVM и другой и другой способ компановки, но код всё ещё написан на Java.

Серверные приложения в сфере финансовых услуг

Java очень обширно применяется в финансовой сфере. Многие мировые инвестиционные банки, типа Goldman Sachs, Citigroup, Barclays, Standard Charted и другие используют Java для написания фронт-энд и бэк-энд офисных электронных систем, систем регулирования и конфирмации, проектов обработки данных и некоторых других. Преимущественно Java используется при написании серверных приложений, в большинстве своём без какого-либо пользовательского интерфейса, которые получают данные с одного сервера, обрабатывают их и отправляют дальше. Java Swing был также популярен для создания «толстоклиентных» интерфейсоф, но сейчас C# быстро захватывает рынок в этой области, а Swing уже выдыхается.

Вэб-приложения

Также Java широко используется в электронной коммерции и в области вэб-приложений. Огромное количество RESTful сервисов было создано с использованием Spring MVC, Struts 2.0 и похожих фреймворков. Даже простейшие приложения, основанные на Servlet, JSP и Struts, достаточно популярны в различных государственных проектах. Многие вэб-приложения государственных, оздоровительных, страховых, образовательных, оборонительных и некоторых других отделений написаны на Java.

Программные средства

Многие полезные програмные средства и средства разработки написаны и разработаны на Java, например Eclipse, IntelliJ Idea и Netbeans IDE. Мне кажется это, к тому же, наиболее используемые приложения, написанные на Java. Было время, когда Swing был очень популярен при создании «толстых клиентов», преимущественно в финансовой сфере. Сегодня Java FX набирает всё большую популярность, но это всё ещё не замена Swing, к тому же C# практически полностью вытеснил Swing из финансовой области.

Трейдинговые приложения

Сторонние трейдинговые приложения, которые также часть большой индустрии финансовых услуг, тоже используют Java. Популярные приложения, типа Murex, которые используются во многих банках, написаны на Java.

J2ME приложения

Несмотря на то, что появление iOS и Android практически уничтожило J2ME рынок, в мире ещё огромное количество дешёвых телефонов от Nokia и Samsung, использующих J2ME. Было время, когда практически все игры и приложения, доступные на Android, были написаны с использованием MIDP и CLDC, которые являются частью платформы J2ME. J2ME всё ещё популярен в таких средствах, как Blu-ray, карточки и телевизионные приставки. Одна из причин такой популярности WhatsApp – он также доступен на J2ME.

Встраиваемые системы

Обширна Java и в области встраиваемых систем. Можно увидеть на что способна платформа, вам нужно всего 130 KB для использования Java (на смарт-картах и сенсорах). Изначально Java разрабатывалась для встраиваемых систем. В действительности эта область была частью начальной кампании Java «пиши один раз, запускай где-угодно» и похоже, что она приносит свои плоды.

Большие данные

Hadoop и другие технологии обработки больших данных так или иначе используют Java, например Hbase и Accumulo от Apache, или ElasticSearch. Хоть Java и не доминирует в этой области, поскольку существуют такие технологии, как MongoDB, которые написаны на С++. У Java есть потенциал получить большую долю этой растущей области, если Hadoop или ElasticSearch расширятся.

Высокочастотные трейдинговые пространства

Java улучшила свои эксплуатационные показатели и с современными JIT-ами она способна предоставить производительность на уровне С++. По этой причине Java популярна и при написании высокопроизводительных систем, потому что хоть производительность проигрывает в сравнении с родным языком, но вы можете пожертвовать безопасностью, мобильностью и надёжностью ради большей скорости и требуется всего один неопытный С++ программист, чтобы сделать приложение медленным и ненадёжным.

Научные приложения

В наши дни часто Java – выбор по-умолчанию для научных приложений, включая обработку естественного языка. Основная причина в том, что Java более безопасна, мобильна и надёжна и имеет лучшие инструменты параллелизации, чем С++ и другие языки. В девяностые Java была достаточно популярна в интернете, благодаря апплетам, но спустя годы, апплеты утратили свою популярность, преимущественно из-за различных проблем безопасности. В наши дни настольная Java и апплеты практически мертвы. Java по-умолчанию любимец в индустрии программного обеспечения, и широко используется в финансовой сфере, инвестиционных банках и в области электронной коммерции. Каждый, изучающий Java, имеет яркое будущее. Java 8 только укрепила веру в то, что Java продолжит доминировать в области разработки ещё долгие годы. В комментариях к статье поставили под вопрос реальное применение Java, из-за обилия финансовых примеров в самой статье и задались вопросом, есть ли у Java будущее в настольной разработке, и не лучше ли учить C#? Вот некоторые контраргументы: There is no point for a Java developer to learn C# as they are similar language but just for different technical stack, instead you should learn Python, Ruby or Perl. Scripting language are very good for small tasks. Нет никакого смысла для Java разработчика учить C#, поскольку это похожие языки, но для разных областей. Вместо этого лучше учить Python, Ruby или Perl. Скриптовые языки хороши для небольших заданий. Java is actually used EVERYWHERE, it"s in your phone, it"s in your cable"s settop box, it"s in your credit card, it"s on the server which you are currently connected to, it"s on the browser you are currently using it. Java is the most ubiquitous language ever created. Java фактически используется повсюду, она в вашем телефоне, в вашей телеприставке, в вашей кредитке, на сервере, к которому вы сейчас подключены, в браузере, который вы сейчас используете. Java - наиболее вездесущий язык, который когда-либо создавали. Также в коментариях даются ссылки на пару статей, а именно: Второе пришествие Java и Работодатели хотят знаний Java как ничто другое . Если изъявят желания, то можно перевести и их. P.S.: прошу оценить перевод, сделать замечания, указать на ошибки, потому что появилось желание переводить и хочется, чтобы всё было на подобающем уровне. Перевод и доработка статьи