Категорії: Книги по Java

На появление первой версии Java в 1996 году откликнулись не только специа­лизированные компьютерные газеты и журналы, но даже такие издания, как The New York Times, The Washington Post и Business Week. Java - единственный язык про­граммирования, удостоившийся десятиминутного репортажа на National Public Radio. Это было удивительное время. Тем дням и последующей истории языка Java посвящена данная глава.

Оглавление

Введение в язык Java

В этой главе...

• Программная платформа Java
• Характерные особенности языка Java
• Java и Internet
• История языка Java
• Распространенные заблуждения относительно языка Java

На появление первой версии Java в 1996 году откликнулись не только специа­лизированные компьютерные газеты и журналы, но даже такие издания, как The New York Times, The Washington Post и Business Week. Java - единственный язык про­граммирования, удостоившийся десятиминутного репортажа на National Public Radio. Это было удивительное время. Тем дням и последующей истории языка Java посвящена данная глава.

П рограммная платформа Java

В первой редакции этой книги говорилось следующее.

По поводу этого абзаца наш редактор долго спорил с одним из руководителей ком­пании Sun. Но и сейчас, по прошествии долгого времени, такая оценка кажется нам правильной. Действительно, Java обладает целым рядом преимуществ, о которых мы поговорим чуть позже. Однако более поздние дополнения далеко не так элегантны, как исходный вариант языка, и виной тому пресловутые требования совместимости.

Как уже говорилось в первой редакции, Java - не только язык. Хорошие языки - не редкость; появление некоторых из них вызвало в своё время сенсацию в компью­терном мире. В отличие от них, Java - это программная платформа, включающая мощную библиотеку, большой объем кода, вполне пригодного для повторного использования, и среду для выполнения программ, которая обеспечивает безопас­ность, независимость от операционной системы и автоматическую "сборку мусора".

Программистам нужны языки с четкими синтаксическими правилами и понятной семантикой. Такому требованию, помимо Java, отвечают десятки языков. Некоторые из них даже обеспечивают переносимость и "сборку мусора", однако их библиотеки оставляют желать лучшего. В результате программисты вынуждены самостоятельно реализовывать графические операции, действия с базой данных и другие часто встречающиеся процедуры. Java объединяет в себе прекрасный язык, высококачест­венную среду выполнения программ и обширную библиотеку. В результате многие программисты остановили свой выбор именно на Java.

Х арактерные особенности языка Java

• простой;
• переносимый;
• объектно-ориентированный;
• интерпретируемый;
• распределенный;
• высокопроизводительный;
• надежный;
• многопотоковый;
• безопасный;
• динамичный,
• не зависит от архитектуры компьютера;

В данном 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.

Руководство, о котором идет речь, можно найти по адресу http://java.sun.com/docs/white/langenv/ . Характерные особенности Java описаны в документе, который находится по адресу ftp://ftp.javasoft.com/docs/papers/java-overview.ps .

Простота

"Мы хотели создать систему, которая позволяла бы легко писать программы, не требо­вала дополнительного обучения и учитывала сложившуюся практику и стандарты про граммирования. Мы считали С++ не совсем подходящим для этих целей, однако, чтобы сделать систему более доступной, язык Java был разработан максимально похожим на не­го. Исключили мы лишь редко используемые, малопоштньїе и невразумительные средства С++, которые, по нашему мнению, приносят больше вреда, чем пользы ".

Синтаксис языка Java, по существу, представляет собой упрощенный вариант син­таксиса языка С++. В этом языке нет файлов заголовков, указателей структур, объеди­нений, перегрузки операторов, виртуальных базовых классов и т.п. (Различия между Java и С++ упоминаются на протяжении всей книги.) Однако разработчики не стреми­лись исправить все недостатки языка С++. Например, синтаксис оператора switch в языке Java остался неизменным. Зная С++, несложно перейти к языку Java.

Если вы привыкли к визуальной среде программирования (например, Visual Basic), язык Java может показаться сложным. Его синтаксис некоторые считают странным (хотя понять смысл выражения не составляет труда). И что самое главное, при работе на языке Java приходится намного больше программировать. Начинающие программи­сты нередко предпочитают Visual Basic, так как его визуальная среда программирования позволяет почти автоматически создавать инфраструктуру приложения. Чтобы достичь того же результата с помощью языка Java, необходимо вручную написать достаточно большой объем кода, но программы, получающиеся при этом, более компактны.

"Другой аспект простоты - краткость. Одна из целей языка Java - обеспечить раз­работку независимых программ, способных выполняться на машинах с ограничен­ным объемом ресурсов. Размер основного интерпретатора и средств поддержки клас­сов составляет окало 40 Кбайт; стандартные библиотеки и средства поддержки потоков, в том числе автономное микроядро (self-contained microkernel), занимают еще 175 Кбайт".

Это огромный успех. Заметим, однако, что библиотеки, предназначенные для поддержки графического пользовательского интерфейса, имеют значительно боль­ший объем.

Поддержка объектов

"По сути, объектно-ориентированное программирование - это способ разработки, в центре внимания которого находятся данные (т.е. объекты) и средства доступа к ним. Проводя аналогию со столярным делом, можно сказать, что "объектно-ориентированный "мастер в основном сосредоточен на стуле, который он изготавли­вает, и лишь во вторую очередь его интересуют инструменты, необходимые для это­го; в то же время "не объектно-ориентированный " столяр думает лишь о своих инст­рументах. Средства языков Java и С++, предназначенные для работы с объектами, по существу совпадают".

За прошедшие 30 лет объектный подход уже доказал свое право на жизнь, и без не­го невозможно представить себе современный язык программирования. Действи­тельно, особенности Java, связанные с объектами, сравнимы с языком С++. Основное различие между ними заключается в механизме множественного наследования, кото­рый в языке Java заменен механизмом интерфейсов. Механизмы отражения (см. гла­ву 5) и сериализации (см. главу 12) позволяют реализовать постоянные (persistent) объекты и средства для создания графически^ пользовательских интерфейсов на ос­нове готовых компонентов.

Если вы никогда не использовали объектно-ориентированные языки, внимательно изучите главы 4-6. В них излагаются основы объектного подхода и демонстрируются его преимущества над такими традиционными, процедурно-ориентированными язы­ками, как С или Вasic, проявляющиеся при разработке сложных проектов.

Поддержка распределенных вычислений

"Язык Java предоставляет разработчику обширную библиотеку программ дм передачи данных на базе протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol -протокол, управления передачей/Internet-протокол), HTTP (Hypertext Transfer Protocol -протокол передачи гипертекстовой информации) и FTP (File Transfer Protocol - прото­кол передачи файлов). Приложения, написанные на языке Java, могут открывать объ­екты и получать к ним доступ по сети; при этом для адресации используются URL (Uniform Resource Location - унифицированный локатор ресурсов) ".

Язык Java предоставляет мощные и удобные средства для работы в сети. Каждый, кто когда-либо пытался писать программы для работы в глобальной сети, будет при­ятно удивлен тем, как легко решаются на Java самые трудные задачи, например от­крытие гнезд (socket). (Работа в сети будет описана во втором томе данной книги.) Связь между распределенными объектами в языке Java обеспечивается механизмом вызова удаленных методов (эта тема также затрагивается во втором томе).

В настоящее время сложные распределенные приложения обычно реализуются на базе Java 2 Enterprise Edition (J2EE).

Надежность

"Язык Java предназначен для написания программ, которые должны надежно рабо­тать в любых ситуациях. Основное внимание в данном языке уделяется раннему об­наружению возможных ошибок контролю в процессе выполнения программы, а так­же устранению ситуаций, которые могут вызвать ошибки... Единственное сущест­венное отличие языка Java от языка С++ заключается в модели указателей, принятой в Java, которая исключает возможность записи в произвольно выбранную область памяти и повреждения данных".

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 при работе с Java такие проблемы воз­никнуть в принципе не могут.

Если раньше вы программировали на Visual Basic либо на другом языке, в котором указатели явным образом не используются, возможно, вам будет непонятно, почему этот вопрос настолько важен. Программистам, использующим язык С, нужны указатели для доступа к строкам, массивам, объектам и даже файлам. При программировании на Visual Basic ничего этого не требуется, и разработчик может не беспокоиться о распределении памяти для хранения объектов. С другой стороны, многие структуры данных в языке, не имеющем указателей, реализовать очень трудно. Для простых конструкций, вроде строк и массивов, указатели не нужны. Возможности указателей в полной мере проявляются лишь там, где без них нельзя обойтись, например, при создании связных списков. Про­граммист на языке Java навсегда избавлен от неверных указателей, опасности непра­вильного распределения памяти и ее некорректного использования.

Безопасность

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

В первом издании мы написали: "Никогда не говори никогда", - и оказались правы. Вскоре после выхода первой версии Java Development Kit группа экспертов по вопросам безопасности из Принстонского университета обнаружила первые ошибки в системе за­щиты Java 1.0. Компания Sun Microsystems развернула исследования в области безопас­ности Java-программ. В частности, она обнародовала спецификацию и код виртуаль­ной машины и библиотек, ответственных за защиту. Это ускорило выявление и устра­нение ошибок. Следует заметить, что количество таких ошибок было относительно невелико и чтобы воспользоваться ими, злоумышленник должен был бы обладать доволь­но глубокими знаниями.

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

• Намеренное переполнение стека выполняемой программы - один из распро­страненных способов атаки.
• Повреждение участков памяти, находящихся за пределами пространства, выде­ленного процессу.
• Несанкционированное чтение файлов и их модификация.

Со временем в язык были добавлены новые средства защиты. В версии 1.1 в Java появи­лось понятие классов с цифровой подписью (см. том 2). Пользуясь таким классом, вы по­лучаете сведения об авторе. Если вы доверяете автору, то можете предоставить этому клас­су все необходимые привилегии.

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 компании Microsoft может подтвердить, что даже 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 в процессе его работы.

Независимость от архитектуры компьютера

"Компилятор генерирует объектный файл, формат которого не зависит от архитек­туры компьютера. Скомпилированная программа может выполняться на любых про­цессорах; для ее работы необходима лишь исполняющая система Java. Код, генерируемый компилятором Java, называется байтовым кодом. Он разработан таким образом, чтобы на любой машине его можно было легко интерпретировать либо в процессе рабо­ты перевести в набор команд, ориентированных на конкретный процессор ".

Эта идея не нова. Более двадцати лет назад она была предложена Никлаусом Виртом (Niclaus Wirth) для языка Pascal; эта же технология была реализована в системе UCSD Pascal. Очевидно, что код, интерпретируемый с помощью виртуальной машины, всегда будет работать медленнее, чем машинные инструкции, поэтому целесообразность та­кого подхода у многих вызывает сомнение. Однако эффективность байтового кода можно существенно повысить за счет компиляции, осуществляемой в процессе вы­полнения программы. Этот механизм доказал свою эффективность и даже использо­вался при создании платформы.NET.

Следует отметить, что виртуальная машина имеет ряд преимуществ по сравнению с непосредственным выполнением программы. Она существенно повышает безопас­ность, поскольку в процессе работы можно оценить последствия выполнения каждой конкретной команды. Некоторые программы даже способны динамически генериро­вать байтовый код в соответствии с текущими потребностями.

Переносимость

"В отличие от языков С и С++, ни один из элементов спецификации Java не зависит от реализации. И размер основных типов данных, и арифметические операции над ними строго определены ".

Например, тип int в языке Java всегда означает 32-разрядное целое число. В языках С и С++ тип int может означать как 16-разрядное, так и 32-разрядное це­лое число. Единственное ограничение заключается в том, что 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 неизменном формате, что также позволяет избежать недоразумений, связанных с разным порядком следования байтов на разных плат­формах. Строки сохраняются в стандартном формате Unicode.

"Библиотеки, представляющие собой часть системы, предоставляют интерфейс, обеспечивающий переносимость программ. 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 десятка разновидностей системы Unix, знает, что это очень трудная задача. Разработчики версии Java 1.0 предприняли героическую попытку решить эту проблему, предоставив простой инструментальный набор, адаптирующий обычные элементы пользователь­ского интерфейса к различным платформам. К сожалению, библиотека, на которую было затрачено немало труда, не позволила достичь приемлемых результатов в раз­ных системах. (В результате для каждой системы в графических программах проявля­лись свои характерные ошибки.) Однако это было лишь началом. Во многих прило­жениях машинная независимость оказалась 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 интерфейсных средств, используемых на конкретном компьютере. Новая версия более осмысленна и, по нашему мнению, более привлекательна для пользователя, чем предыдущие.

Использование интерпретатора

"Java-программа может выполняться на любой машине, для которой реализован ин­терпретатор. Поскольку редактирование связей - относительно легкий процесс, раз­работка программ может стать намного быстрее и эффективнее ".

Инкрементное связывание имеет свои преимущества, однако в данном случае оценка несомненно завышена. В любом случае средства разработки Java работают до­вольно медленно. Если вы, например, привыкли к скорости, которую обеспечивает среда Microsoft Visual С++, то, перейдя на Java, вы поначалу будете разочарованы. (Последняя версия Visual Studio существенно проигрывает по сравнению с классиче­ской средой разработки. Независимо от того, каким языком вы пользуетесь, вам явно придется обратиться к руководству с просьбой выделить более быстродействующий компьютер.)

Производительность

"Хотя обычно интерпретируемые байтовые коды имеют достаточную производи­тельность, бывают ситуации, когда требуется еще более высокая эффективность. Байтовые коды можно транслировать во время выполнения программы в машинные команды для процессора, на котором выполняется данное приложение".

Если для выполнения байтовых кодов применяется интерпретатор, не следует употреблять словосочетание "высокая производительность". Однако на многих плат­формах возможен специальный тип компиляции, обеспечиваемый так называемыми синхронными компиляторами (just-in-time Compilers - JIT). Они транслируют байто­вые коды в машинориентированные команды, сохраняют результат в памяти, а затем по мере необходимости вызывают его! Поскольку при этом интерпретация выполня­ется только один раз, данный подход во много раз увеличивает скорость работы. Не­смотря на то что синхронные компиляторы не обеспечивают такой производитель­ности, как компиляторы, ориентированные на конкретные типы процессоров, они работают намного быстрее интерпретаторов, обеспечивая для некоторых программ 10- и даже 20-кратное ускорение. Эта технология постоянно совершенствуется, и не исключено, что со временем она обеспечит скорость, характерную для кода, генери­руемого традиционными компиляторами. Например, синхронный компилятор может определить, какой фрагмент кода выполняется чаще, и оптимизировать его по скоро­сти выполнения.

Поддержка потоков

"Наличие нескольких потоков обеспечивает лучшую интерактивностъ и возмож­ность выполнения программ в реальном масштабе времени ".

Если вы когда-либо пытались организовать многопотоковые вычисления на каком-нибудь из языков программирования, вы будете приятно удивлены тем, как это легко сделать на Java. Потоки в языке Java могут использовать преимущества многопроцес­сорных систем, если операционная система позволяет это сделать. К сожалению, реали­зации потоков на большинстве систем сильно отличаются друг от друга, а разработчики языка Java не предпринимают должных усилий, чтобы достичь независимости от плат­формы и в этом вопросе. Только код для вызова потоков остается одинаковым для всех машин, а ответственность за их поддержку возлагается на операционную систему или библиотеку потоков. (Потоки описываются во втором томе.) Несмотря на это, именно простота организации многопотоковых вычислений делает язык Java таким привлека­тельным для разработки программного обеспечения серверов.

Динамичность

"Во многих отношениях язык Java является более динамичным, чем языки С и С++. Он был разработан так, чтобы легко адаптироваться к постоянно изменяющейся среде. В библиотеки можно свободно включать новые методы и объекты, никак не затрагивая этим приложения, пользующиеся библиотеками. 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 глобальной сети для выполнения браузером. В версии Java 1.0 получить информацию о работающей программе было непросто, однако последняя версия языка Java раскрывает перед программистом как структуру, так и поведение объектов. Это весьма ценно для систем, которые должны ана­лизировать объекты в ходе выполнения программы. К таким системам относятся средства создания графического пользовательского интерфейса, интеллектуальные отладчики, включаемые компоненты и базы данных.
Компания Microsoft выпустила продукт под названием J++, который очень похож на Java. Синтаксис языка практически совпадает с Java. Подобно Java, J++ использует для выполнения байтовых кодов виртуальную машину, однако интерфейс с внешним кодом существенно отличается. Кроме того, дополнительные языковые конструкции, реали­зованные Microsoft, вряд ли пригодны для чего-то, кроме взаимодействия с Windows API. Основные библиотеки Java и J++ (используемые для работы со строками, с сете­выми соединениями, для поддержки потоков, выполнения математических вычислений и т.д.) совершенно идентичны. В то же время библиотеки для работы с графикой, соз­дания пользовательских интерфейсов и доступа к удаленным объектам существенно отличаются друг от друга. В настоящее время Microsoft прекратила поддержку J++ и со­средоточила свои усилия на другом языке, который называется С# и несколько напо­минает Java, но использует другую виртуальную машину. Создан даже язык J#, предна­значенный для переноса приложений J++ на виртуальную машину, используемую С#. Языки J++, С# и J# в данной книге рассматриваться не будут.

J ava и Internet

При работе по сети Java-программы используются просто - пользователи загружают байтовые коды языка Java по сети и выполняют их на своих машинах. Программы Java, ра­ботающие под управлением Web-браузеров, называются аплетами. Для использования аплета нужен Web-браузер, поддерживающий язык Java и способный интерпретировать бай­товые 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 браузеров Netscape и Internet Explorer поддерживают разные версии языка Java, причем некоторые из этих версий зна­чительно устарели. Эта неприятная ситуация создает все больше препятствий при разра­ботке аплетов, которые позволяли бы использовать преимущества последней версии язы­ка Java. Чтобы решить данную проблему, компания Sun разработала программу Java Plug-in, позволяющую формировать наиболее современную среду для запуска Java-программ в браузерах Netscape и Internet Explorer (подробнее об этом - в главе 10).

Загрузка аплета напоминает вставку рисунка на Web-страницу. Аллет становится частью страницы, а текст обтекает занимаемое им пространство. Изображение, реа­лизуемое аплетом становится динамичным. Оно реагирует на команды пользователя, изменяет в зависимости от них свой внешний вид и выполняет обмен данными между компьютером, на котором выполняется аплет, и компьютером, где этот аплет посто­янно хранится.

На рис. 1.1 показан хороший пример динамической Web-страницы, выполняющей сложные вычисления и применяющей аплет для отображения моделей молекул. Чтобы лучше понять структуру молекулы, можно вращать ее либо изменять масштаб изображения, используя мышь. Подобные эффекты нельзя реализовать на статических Web-страницах, однако аплеты делают это возможным. (Этот аплет можно найти по адресу .)

Рис. 1.1. Аплет Jmol

С помощью аплетов на Web-страницу можно добавлять новые кнопки и текстовые поля.. Однако, если соединение производится по телефонной линии, такие аплеты медленно загружаются. Почти то лее самое можно сделать с помощью языка Dynamic HTML, форм языка HTML (Hypertext Markup Language - язык разметки гипертекстовых данных) или языка сценариев, например JavaScript. Первые аплеты предназначались для анимации: вращающиеся глобусы, танцующие персонажи мультфильмов, изменяющиеся тексты и т.п. Однако для решения этой задачи требовалась лишь малая часть возможностей аплетов: большинство из перечисленного могут делать и анимированные GIF-файлы. Поэтому аплеты целесообразно применять не столько для оформления Web-страниц, сколько для реализации сложных взаимодействий с пользователем.

Несовместимость браузеров и медленная загрузка аплетов по телефонным соединениям привели к тому, что аплеты не стали широко распространенным элементом оформления Web-страниц. В сетях intranet ситуация совершенно иная. В них обычно не возникают проблемы, связанные с пропускной способностью канала, поэтому время загрузки аплетов оказывается очень небольшим. Пользователи intranet обычно применяют одинаковые браузеры, а при необходимости можно применять Java Plug-In. Сотрудники не могут неверно установить программу, реализованную в виде аплета, а системному администратору не нужно обходить все клиентские машины и обновлять на них программное обеспечение. На предприятиях многие программы, предназначенные для учета товаров, планирования отпусков, возмещения транспортных расходов и т.п., часто используются именно в виде аплетов, выполняющихся под управлением браузеров.

За время работы над книгой внимание многих разработчиков переместилось от клиентских программ к серверным приложениям. В частности, серверы приложений (application servers) могут использовать возможности виртуальной машины языка Java для автоматического выравнивания нагрузки, составления пулов соединений с базой данных, синхронизации объектов, обеспечения безопасного завершения работы и повторной загрузки, а также для выполнения других процессов, необходимых для функционирования масштабируемых серверных приложений. Таким образом, программисты, создающие приложения, получили в свое распоряжение готовые механизмы и избавлены от необходимости разрабатывать их самостоятельно. Это повысило производительность труда разработчиков - они могут сосредоточить внимание на самих приложениях, не отвлекаясь на детали, связанные с работой серверов.

И стория языка Java

В данном разделе кратко описывается история языка Java. В основу раздела положены различные опубликованные материалы (в частности, интервью с создателями языка Java в июльском выпуске электронного журнала SunWorldaa 1995 год).

История Java восходит к 1991 году, когда группа инженеров из компании Sun под руководством Патрика Нотона (Patrick Naughton) и члена Совета директоров (и разностороннего специалиста) Джеймса Гослинга (James Gosling) занялась разработкой языка, который можно было бы использовать для программирования бытовых устройств, например, контроллеров для переключения каналов кабельного телевидения. Так как подобные устройства не потребляют много энергии и имеют малый памяти, язык должен был быть маленьким и генерировать очень компактные программы. Кроме того, поскольку разные производители могут выбирать разные процессоры, было важно не привязаться к конкретной архитектуре. Проект получил кодовое название "Green".

Стремясь реализовать компактный и независимый от платформы код, разработчики возродили модель, использованную при реализации первых версий языка Pascal на заре эры персональных компьютеров. Никлаус Вирт, создатель языка Pascal, в свое время разработал переносимый язык, генерирующий промежуточный код для некоей гипотетической машины. Такие гипотетические машины называются виртуальными, отсюда термин - виртуальная машина Java (Java virtual machine -JVM). Этот промежуточный код можно выполнять на любой машине, имеющей соответствующий интерпретатор, Инженеры, работавшие над проектом "Green", также использовали виртуальную машину, что решило их основную проблему.

Большинство сотрудников компании Sun имели опыт работы с операционной системой Unix, поэтому в основу разрабатываемого ими языка был положен язык С++, а не Pascal. Они сделали язык объектно-, а не процедурно-ориентированным. Как сказал Гос-линг в своем интервью: "Язык - это всегда средство, а не цель". Сначала Гослинг решил назвать его Oak (Дуб). (Возможно потому, что он любил смотреть на дуб, растущий прямо под окнами его офиса в компании Sun.) Потом сотрудники компании узнали, что слово Oak уже используется в качестве имени ранее созданного языка программирования, и изменили название на Java.

В 1992 году в рамках проекта Green был выпущен первый продукт, названный *7. Это было устройство интеллектуального дистанционного управления. (Помещаясь в объеме 6x4x4 дюйма, оно имело мощность рабочей станции SPARK.) К сожалению, ни одна из компаний - производителей электронной техники не заинтересовалась этой разработкой. Затем группа стала заниматься созданием устройства для кабельно-го телевидения, которое могло бы осуществлять новые виды услуг, например включать видеосистему по требованию. И снова они не получили ни одного контракта. Примечательно, что одной из компаний, отказавшихся подписать с ними контракт, руководил Джим Кларк (Jim Clark) - основатель компании Netscape, впоследствии сделавшей очень много для развития языка Java.

Весь 1993 год и половину 1994 года продолжались безрезультатные поиски покупателей продукции, разработанной в рамках проекта "Green" (группа, работающая над проектом, выделилась под названием "First Person, Inc."}. Патрик Нотон, один из основателей группы, в основном занимавшийся маркетингом, налетал в общей сложности более 300 тысяч миль, пытаясь продать разработанную технологию. Работа группы "First Person, Inc." была прекращена в 1994 году.

Тем временем в рамках глобальной сети развивалась система World Wide Web. Ключевым элементом этой системы является браузер, превращающий гипертекстовые данные в изображение на экране. В 1994 году большинство пользователей применяли некоммерческий WetH>pay3ep Mosaic, разработанный в суперкомпьютерном центре Университета штата Иллинойс в 1993 году. Частично этот браузер был написан Марком Андреессеном (Mark Andreessen). В то время Марк заканчивал университет, и браузер был его дипломной работой. (Затем он стал одним из основателей и ведущим специалистом компании Netscape, и к нему пришли слава и богатство.)

В своем интервью журналу Sun World Гослинг сказал, что в середине 1994 года разработчики языка поняли: "Нам нужно создать высококачественный браузер. Такой браузер должен представлять собой приложение, соответствующее технологии кли-ентчзервер, в которой жизненно важным является именно то, что мы сделали: архитектурная независимость, выполнение в реальном времени, надежность, безопасность - вопросы, которые не были чрезвычайно важны для рабочих станций. И мы создали такой браузер".

Реальный браузер был разработан Патриком Нотоном и Джонатаном Пэйном (Johnatan Payne). Позднее он был доработан и получил имя Hotjava. Чтобы продемонстрировать все возможности Java, браузер был написан на этом языке. Однако разработчики не забывали о таких средствах, которые теперь называются аплетами, наделив свой продукт способностью выполнять код внутри Web-страниц. Продукт, созданный в рамках новой технологии, был представлен на выставке Sun World "95 23 мая 1995 года и вызвал всеобщий интерес к Java.

Компания Sun выпустила первую версию Java в начале 1996 года. Через несколько месяцев после нее появилась версия Java 1.02. Пользователи быстро поняли, что версия Java 1.02 не подходит для разработки серьезных приложений. Конечно, эту версию можно применять для реализации визуальных эффектов на Web-страницах, например располагать произвольным образом элементы текста, однако версия Java 1.02 была еще сырой. В ней даже отсутствовали средства вывода на принтер. В следующей версии, Java 1.1, были устранены наиболее очевидные недостатки, намного улучшены средства отражения и реализована новая модель событий для программирования графического пользовательского интерфейса. Несмотря на это, ее возможности все еще были ограничены.

Выпуск версии Java 1.2 стал основной новостью конференции JavaOne в 1998 году. В новой версии слабые средства для создания графического пользовательского интерфейса и графических приложений были заменены мощным инструментарием. Это был шаг вперед, к реализации лозунга "Write Once, Run Anywhere" ("Однажды реализовано- везде выполняется"), выдвинутого при разработке предыдущих версий. В декабре 1998 года через три дня (!) после выхода в свет название новой версии было изменено на громоздкое словосочетание Java 2 Standard, Edition Software Development Kit Version 1.2 (Стандартная редакция пакета инструментальных средств для разработки программного обеспечения на языке Java 2, версия 1.2).

Кроме Standard Edition, были предложены еще два варианта: Micro Edition ("микроредакция") для портативных устройств, например для мобильных телефонов, и Enterprise Edition (редакция для корпоративных приложений). В нашей книге внимание в основном уделено Standard Edition.

Версии 1.3 и 1.4 пакета инструментальных средств Standard Edition намного совершеннее первоначальной реализации Java 2. Они обладают новыми возможностями, производительность их повышена, и, разумеется, они содержат намного меньше ошибок. В процессе развития Java многие взгляды на аплеты и серверные программы были пересмотрены. В частности, оказалось, что на базе Java можно разрабатывать высококачественные серверные приложения.

В версии 5.0 язык Java подвергся наиболее существенной модификации с момента реализации версии 1.1. (Первоначально версия 5.0 имела номер 1.5, но на конференции JavaOne в 2004 г. была принята новая нумерация версий.) После многолетних исследований были добавлены новые базовые конструкции, хотя при этом не были выдвинуты требования модификации виртуальной машины. Ряд элементов, например циклы "for each", автоматическое представление простых типов в виде объектов и метаданные были явно "навеяны" языком С#. Изменение и дополнение базовых языковых конструкций - болезненный процесс, но многие из средств версии 5.0 настолько удобны, что разработчики наверняка примут их с энтузиазмом.

В табл. 1.1 приведена информация об этапах развития языка Java.

В табл. 1.2 показан рост объема библиотеки АРІ по мере появления новых версий пакета JDK.

Таблица 1.1. Этапы развития языка Java

Таблица 1.2. Рост объема библиотеки АРІ для Java Standart Edition

Р аспространенные заблуждения относительно языка Java

В этом разделе перечислены и прокомментированы некоторые из распространенных заблуждений, касающихся языка Java.

ЯзыкJava - это расширение языка HTML.

Java - это язык программирования, а язык HTML - это способ описания структуры Web-страниц. Между ними нет ничего общего, за исключением HTML-дескрипторов, позволяющих размещать на Web-страницах аплеты, написанные на языке Java.

Я использую XML, поэтому мне не нужен язык Java.

Java - это язык программирования, a XML - средство описания данных. Данные, описанные с помощью языка XML, можно обрабатывать программами, написанными на любом языке программирования, но лишь библиотека API языка Java содержит превосходные средства для обработки таких данных. Кроме того, на языке Java реализованы многие программы независимых производителей, предназначенные для работы с XML-документами. Более подробную информацию по этому вопросу можно найти во втором томе данной книги.

Язык Java легко выучить.

Нет ни одного языка программирования, сопоставимого по возможностям с Java, который можно было бы легко выучить. Простейшие программы написать несложно, однако выполнять серьезную работу всегда трудно. Кроме того, обратите внимание на то, что в этой книге обсуждению собственно языка Java посвящены только четыре главы. В остальных главах рассматривается работа с библиотеками, содержащими тысячи классов и интерфейсов, а также многие тысячи методов. Конечно, невозможно выучить наизусть все классы, однако для выполнения реального проекта пользователю необходимо ориентироваться в содержимом библиотек.

Язык Java со временем станет универсальным языком программирования для всех платформ.

Теоретически это возможно. Именно об этом мечтают все производители программного обеспечения, кроме компанйи Microsoft. Однако есть много приложений, прекрасно работающих на персональных компьютерах, которые не будут так же хорошо работать на других устройствах или под управлением браузера. Кроме того, эти приложения написаны так, чтобы максимально использовать возможности процессоров и платформенноориентированных библиотек. В любом случае они уже перенесены на все важные платформы. К таким приложениям относятся текстовые и графические редакторы, а также Web-браузеры. Обычно эти приложения пишутся на языке С или С++, и пользователь ничего не выиграет, если переписать их на языке Java. Помимо всего прочего» после реализации на языке Java эти программы станут, по крайней мере, в ближайшем будущем, менее эффективными.

Язык Java - это не больше чем еще один язык программирования.

Java - прекрасный язык программирования. Многие программисты отдают предпочтение именно ему, а не языку С или С++. Однако в мире существуют сотни великолепных языков, так и не получивших широкого распространения, в то время как языки с очевидными недостатками, такие как С++ и Visual Basic, достигли ошеломительных успехов.

Почему так происходит? Успех любого языка программирования в основном определяется его системой поддержки, а не элегантностью его синтаксиса. Существуют ли стандартные библиотеки, позволяющие сделать именно то, что необходимо программисту? Разработана ли удобная среда для создания и отладки программ? Интегрирован ли язык и его инструментарий в инфраструктуру компьютера? Язык Java достиг успехов в области серверных приложений, поскольку его библиотеки классов позволяют легко сделать то, что раньше было трудно реализовать, например, поддерживать работу в сети и обеспечивать выполнение нескольких потоков. Тот факт, что язык Java уменьшил количество ошибок, связанных с указателями, также говорит в его пользу. Благодаря этому производительность труда программистов повысилась. Однако не в этом кроется причина его успеха.

С появлением языка С# Java устарел.

Разработчики С# использовали многие удачные технические решения, применявшиеся в языке Java, такие как полностью определенный язык, использование виртуальной машины и систему "сборки мусора". Однако по ряду характеристик С# уступает Java, это вопросы безопасности и переносимости программ. Самое очевидное преимущество С# - это прекрасная среда разработки. Если вы работаете в системе Windows, может быть, вам стоит использовать С#. Если же оценить реальную ситуацию, то на сегодняшний день Java остается основным инструментом очень многих программистов.

Java разработан и поддерживается компанией Sun, поэтому пользоваться им не следует.

Мнения на этот счет расходятся. Когда недостатки данного языка были очевидны, хотелось, чтобы их поскорее исправили в рамках открытой системы. Однако на сегодняшний день ситуация не так проста.

Несмотря на то что Sun сохраняет полный контроль над Java, в работу над данным языком и его библиотеками уже оказались вовлечены многие другие компании. Исходных код виртуальной машины и библиотек доступен всем желающим, но его можно использовать лишь для ознакомления, вносить в него изменения запрещено.

Если оценить известные на данный момент открытые языки, ясно видно, что они никак не превосходят Java. Наиболее популярными считаются "три буквы Р" в "LAMP" (Linux, Apache, MySQL и Perl/PHP/Python). Эти языки имеют ряд положительных качеств, но в то же время в них не согласованы изменения, вносимые в разные версии, возможности библиотек ограничены, а возможности инструментов разработки явно недостаточны.

Отдельного рассмотрения заслуживают С++ и С#, выработкой стандартов для которых занимались независимые комитеты. Нельзя не согласиться, что их рекомендации более "прозрачны" по сравнению с деятельностью Java Community. Но на практике оказывается, что применимость выработанных спецификаций ограничена. Недостаточно стандартизовать язык и большинство основных библиотек. В реальных проектах очень скоро приходится выходить за рамки действий по обработке строк, наборов данных и файлов. Поэтому, если проанализировать С#, оказывается, что для основной массы библиотек стандартов попросту не существует.

Не исключено, что в будущем Java станет открытым языком, но чтобы это произошло, к такому мнению должны прийти многие специалисты, которые в настоящее время отвечают за развитие Java.

Программы на языке Java работают под управлением интерпретатора, значит, серьезные приложения будут выполняться слишком медленно.

В начале своего развития Java-программы действительно интерпретировались. Теперь в состав всех виртуальных машин, за исключением "микроредакции", входит синхронный компилятор. Основные элементы кода будут выполняться не медленнее, чем если бы они были написаны на С++.

Для Java характерны дополнительные накладные расходы по сравнению с С++, которые, впрочем, не имеют никакого отношения к использованию виртуальной машины. Они связаны с процедурой "сборки мусора". Автоматическая "сборка мусора", конечно же, происходит несколько медленнее, чем управление памятью вручную, и для Java-nporpaMM требуется немного больше памяти, чем для программ, выполняющих аналогичные функции, но написанных на С++. Запуск программы - достаточно длительная процедура, в особенности для очень больших приложений. Пользовательский интерфейс имеет меньшее быстродействие, так как его элементы являются независимыми от конкретной платформы.

Годами пользователи жалуются на низкое быстродействие Java по сравнению с С++. Однако за это время мощность компьютеров многократно возросла, и не исключено, что на новых машинах Java-приложения будут выполняться быстрее, чем работали на старом оборудовании программы, написанные на С++. Теперь, когда нет оснований жаловаться на низкое быстродействие, некоторые противники Java утверждают, что качество интерфейсных элементов, реализуемые средствами данного языка, очень низкое.

Все программы на языке Java выполняются под управлением Web-браузеров.

Все аплеты, написанные на языке Java, действительно выполняются под управлением Web-браузеров. Собственно, это и есть определение аплета- программа, выполняемая в среде, реализуемой Web-браузером. Однако вполне возможно и уместно создавать независимые Java-npoграммы, которые никак не связаны с Web-браузером. Эти программы (обычно называемые приложениями) являются полностью переносимыми. Их можно без всяких изменений выполнять на другой машине! Поскольку язык Java более удобен и менее подвержен ошибкам, чем язык С++, многие разработчики выбирают именно его. А если учесть наличие средств доступа к базам данных, например Java Database Connectivity (см. том 2), то трудно предпочесть Java какой-то другой язык. Очень удобен Java для начинающих, выбравших его в качестве первого языка программирования.

Большинство программ, рассматриваемых в этой книге, являются независимыми приложениями. Конечно, аплеты очень забавны. Однако Java-приложения более важны и полезны.

Javoranaembt представляют большую опасность для системы защиты.

В свое время было опубликовано несколько отчетов об ошибках в системе защиты языка Java. Большинство из них касалось реализаций языка Java в конкретных браузерах. Исследователи восприняли это как вызов и принялись искать глобальные недостатки в системе защиты Java, которые делали бы бессмысленной модель безопасности аплетов. Их усилия не увенчались успехом. Обнаруженные ошибки в конкретных реализациях вскоре были исправлены, и, после этого, насколько мы знаем, ни одна реальная система не была взломана посредством аплета. Чтобы оценить значение этого факта, вспомните о миллионах вирусных атак на выполняемые файлы операционной системы Windows и макросы редактора Word, действительно вызвавшие немало бед. При этом критика недостатков платформы была удивительно беззуба. Кроме того, механизм ActiveX в браузере Internet Explorer мог бы вызвать много нареканий, однако способы его взлома настолько очевидны, что лишь немногие специалисты потрудились опубликовать результаты своих исследований.

Некоторые системные администраторы даже стали выключать системы защиты языка Java в своих браузерах, чтобы пользователи могли, как и прежде, загружать исполняемые файлы, элементы управления ActiveX и документы, созданные с помощью текстового процессора Word. Можно утверждать, что в настоящее время вероятность преодоления системы защиты аплетов на языке Java сравнима с вероятностью погибнуть в авиационной катастрофе, в то время как риск заразить компьютер вирусом, открыв документ, созданный текстовым процессором Word, куда больше, чем риск погибнуть под колесами автомобиля, перебегая дорогу в час пик.

ЯзыкJavaScript - упрощенная версия языка Java.

Язык JavaScript - это язык сценариев, который можно использовать в составе Web-страницы. Он был разработан компанией Netscape и сначала назывался LiveScript. Синтаксис языка JavaScript напоминает синтаксис языка Java, однако на этом их сходство заканчивается (за исключением имени, конечно). Подмножество JavaScript было стандартизовано как ЕСМА-262, однако его расширения, необходимые для реальной работы, стандартизованы не были. В результате сложный JavaScript-сценарий, который можно было бы выполнять как под управлением браузеров компании Netscape, так и с помощью браузера Internet Explorer, остался несбыточной мечтой.

Пользуясь языком Java, можно заменить компьютер Internet-устройством стоимостью 500 долларов.

Некоторые специалисты уверены, что это непременно случится. Нам кажется абсурдным думать, что пользователи, работающие дома, решат заменить мощные и удобные персональные компьютеры устройствами без жестких дисков с ограниченными возможностями. Однако сетевой компьютер, оснащенный средствами языка Java, предоставляет вполне реальную возможность реализовать "нулевую администраторскую инициативу", направленную на уменьшение стоимости компьютеров, занятых в бизнесе.

Мы рассматриваем Internet-устройство как дополнение к персональному компьютеру. Если цена позволяет, почему бы не приобрести специальную аппаратуру для просмотра на экране электронной почты и новостей? Ядро языка Java настолько мало, что он является очевидным выбором для телефонов и других подобных аппаратов.

Как уже отмечалось ранее, платформа Java EE ориентирована на построение корпоративных приложений.

Существует четыре платформы, основанные на языке Java (рис. 8.2):

Java Platform, Standard Edition (Java SE),

Java Platform, Enterprise Edition (Java EE),

Java Platform, Micro Edition (Java ME),

Рис. 8.2. Платформы Java™

Любая из Java платформ включает виртуальную машина Java (Java Virtual Machine –JVM) и описания интерфейсов для разработки приложений (традиционно называется Application programming interface – API). Приложения, написанные на языке Java, транслируются в байт код (файлы с расширением class). JVM представляет из себя программу, ориентированную на конкретную аппаратно–программную архитектуру (операционная система, разрядность процессора), и позволяющая запускать программы, транслированные в байт код. API представляет из себя коллекцию компонентов, которые используются при разработке приложений на конкретной платформе. Любая платформа Java включает виртуальную машину и API, что позволяет запускать приложения для этой платформе на любой машине, обеспечивая реальную кроссплатформенность. При этом обеспечиваются основные заявленные преимущества языка программирования Java: независимость от аппаратно-программной платформы, функциональность, устойчивость, легкость разработки и безопасность.

Центральной является платформа Java Standard Edition. Java SE реализует основную функциональность языка Java: начиная от примитивных типов и базовых классов, до сложных классов, обеспечивающих удаленное сетевое взаимодействие, безопасность, доступ к базам данных, реализацию графического интерфейса пользователя и обработку XML документов (XML parsing).

Платформа Java Enterprise Edition является масштабной настройкой над Java SE. Java EE предоставляет API и окружение для выполнения Java EE приложений (Java EE Server), необходимые для разработки, развертывания и выполнения масштабируемых, крупномасштабных, многоуровневых, распределенных, устойчивых, безопасных приложений уровня предприятия.

8.3.2 Элементы и технологии Java ee

Как уже отмечалось ранее, разработчики современного программного обеспечения давно осознали необходимость разработки распределенных, переносимых приложений, поддерживающих транзакции, многопоточность и масштабируемость, что позволяет реализовывать сложные серверные приложения. Современное состояние информационных технологий требует, чтобы приложение уровня предприятия разрабатывалось за меньшее время и при этом обеспечивалась высокая скорость выполнения при низких требованиях к ресурсам. Основной целью JavaEE является сокращение времени на разработку системы за счет мощного набора API, позволяющего преодолеть проблемы сложности и достичь необходимые характеристики программного обеспечения.

Контекст технологий платформы Java EE представлен на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Контекст технологий Java EE

Являясь надстройкой над платформой Java SE, высокоуровневые технологии Java EE (EJB, JSF, JMS и др.) основаны на некоторых базовых технологиях, обеспечивающих:

поиск и получение ресурсов по именам (JNDS – Java Naming and Directory Service – Служба каталогов и именований Java, основанная на поддержке JNDI API);

вызов методов удаленных объектов (RMI – Remote Method Invocation);

связь с базами данных посредством SQL;

поддержка транзакций средствами JTS (JTS – Java Transaction Service – Служба транзакция Java, обеспечивающая работу согласно Java Transaction API – JTA).

Платформа Java EE использует упрощенную модель приложений. Каждое приложение имеет определенную структуру, а параметры развертывания приложения определяется так называемым дескриптором поставки. Дескриптор поставки представляет из себя XML описание. Структура Java EE приложения представлена на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Структура Java EE приложения

Основными структурными элементами Java EE приложения являются:

Web модуль, включающий компоненты web уровня,

EJB модуль, включающий компоненты, реализующие бизнес-логику корпоративного приложения,

каталог дескрипторов поставки META-INF.

Платформа Java EE активно используют аннотации – специальные элементы кода языка Java, используемые для определения характеристик развертывания и функционирования компонентов уровня предприятия. Использование аннотация является мощным средством, избавляющим программиста от настройки приложения посредством редактирования дескрипторов поставки.

Кроме того каждая версия Java EE (на момент написания материала последней версией была Java EE7 и вышел ранний черновой релиз Java EE8) использует огромный ряд новых технологий, с которыми можно познакомиться на сайте Oracle по адресу www.oracle.com/technetwork/java/javaee/tech/index-jsp-142185.html

Приложение уровня предприятия на платформе Java Enterprise Edition представляет из себя многоуровневое приложение. Использование нескольких уровней позволяет программно разделить приложение на функционально независимые части (рис. 8.4). Обычно многоуровневые приложения имеют клиентский уровень, уровень бизнес логики и уровень связи с данными.

Рис. 8.4. Архитектура Java EE приложения

Таким образом, основные усилия разработчиков сосредотачиваются на разработки серверных компонентов, которые можно разделить на уровни: презентационный уровень и уровень бизнес логики. Компоненты презентационного уровня обычно представляют из себя web компоненты и отвечают за взаимодействие с пользователем, посредством обработки запросов от пользователей и формирования ответа сервера. При этом компоненты презентационного уровня, как правило, не выполняют сложных вычислений и обращений к базам данных. Компоненты бизнес уровня (уровня бизнес логики) не являются визуальными компонентами и реализуют основные бизнес-процессы предприятия и обращения к базам данных.

Следует отметить, что платформы Java непосредственно не предоставляет каких-либо реализаций, а представляют лишь большой набор спецификаций, которым должны удовлетворять программные продукту вендоров – фирм разработчиков приложений под конкретные платформы Java. Так на сегодняшний момент существует большое количество платных и бесплатных Java EE.

Любой Java EE сервер реализует модель «компонет-контейнер». В этой модели сервер предоставляет контейнер, в который устанавливается (с учетом десктриптора поставки) соответствующий компонент, созданных разработчиком приложения. В общем случае Java EE сервер предоставляет два вида контейнеров: web контейнеры (реализуется web уровень) и EJB контейнеры (реализуется уровень бизнес-логики).

В соответствии с рисунком 8.4., Java EE приложение может содержать следующие основные компоненты:

компоненты Web уровня:

• Servlets. Сервлеты – экземпляры классов, написанные на языке Java и удовлетворяющие спецификации Java Servlets. Представляют из себя элементы самой первой технологии web уровня. На сегодняшний день используются в различных фреймворках, строящих приложения по шаблону ММС2;

  JSP – Java Server Pages – компоненты, представляющие из себя текстовые файлы, которые компилируются в сервлеты исполняемой средой. Более адаптированы для работы с различными языками разметки (HTML, XML и т.п.);

  компоненты JavaServer Faces technology – технология для реализации пользовательского интерфейса;

компоненты уровня бизнес логики, включают в себя компоненты, удовлетворяющие спецификации Java Enterprise Bean (EJB) и Java Persistence API (JPA). Как отмечалось выше, EJB компоненты отвечают за реализацию бизнес-логики приложения, а JPA компоненты – за обмен с базами данных.

Таким образом мы видим, что набор технологий, которые предоставляет платформа Java EE позволяет разрабатывать сложные, масштабируемые, безопасные приложения. Подробно технология разработки приложений уровня предприятия на платформе Java Enterprise Edition будет изучаться в следующих курсах.

Java

Это пакет библиотек и программного обеспечения для работы приложений, написанных на языке программирования Java. Благодаря наличию версий пакета для большинства операционных систем (поддерживается многими мобильными устройствами), данная технология позволяет большому количеству устройств выполнять такие программы. Java делает реальной практику, когда программное обеспечение пишется на одной платформе, а запускается почти на любой другой. Состоит пакет из виртуальной машины Java и библиотеки классов. Установка данного пакета позволяет запускать программы, написанные с использованием этой технологии, пользоваться Java-приложениями (апплетами) на страницах интернет-сайтов и т.д.

Подробнее о программе:

Программное обеспечение Java позволяет играть в сетевые игры, общаться с людьми по всему миру. Чрезвычайно надежная и универсальная технология Джава (русский перевод названия) также незаменима для разработчиков программного обеспечения. Виртуальная машина Java, установленная на компьютере пользователя, дает возможность пользоваться Java приложениями (апплетами), которые часто встраиваются в страницы сайтов для увеличения их функциональности.
Также Java позволяет писать программное обеспечение на одной платформе и запускать его практически на любой другой. На основе Java можно разрабатывать серверные приложения для интернет-форумов, магазинов, опросов, обработки HTML-форм. Кроме того, виртуальная машина Джава позволяет создавать максимально приспособленные для требований пользователя приложения и службы, комбинируя различные модули.

История создания Джава начинается в 1991 году. Именно тогда фирма Sun Microsystems разработала язык программирования Oak, первоначально предназначавшийся для бытовой электроники. Спустя несколько лет язык стал использоваться для написания серверного программного обеспечения, различных, в том числе игровых приложений и апплетов. Технология Java условно разделена на две части: язык программирования и среда для его применения. Программы на данном языке транслируются в специальный байтовый код, обрабатываемый виртуальной Java-машиной, передающей соответствующие указания и инструкции оборудованию. Технология широко используется разработчиками программного обеспечения по всему миру. Являясь платформо-независимой, она позволяет писать программные приложения для запуска их на абсолютно любой платформе, поддерживающей данную технологию.
Также с помощью этой технологии создаётся множество программ для работы в веб-браузерах, разрабатываются приложения для различных интернет-ресурсов, таких как форумы, онлайн-магазины и так далее. К числу достоинств технологии следует отнести высокий уровень безопасности при работе с Java-приложениями. Через них практически невозможно заразить свой компьютер или иное устройство вирусными программами. Пользователи без всяких опасений могут скачать Java игры или программы, не заботясь о надёжности их источника.

Этот язык программирования широко используется при создании различных видов программного обеспечения. Основное достоинство его заключается в том, что программы, написанные на этом языке, могут быть записаны с использованием байт-кода, который не зависит ни от операционной системы, ни от используемого вида электронного оборудования. Таким образом, созданные на Джава приложения могут быть выполнены на любых видах устройств, которые поддерживают виртуальную Java-машину. Одно из важных достоинств технологии Java – ее безопасность. Она определяется тем, что Java-машина полностью контролирует, как исполняется программа. Если программа ведет себя неожиданным образом, к примеру, начинает пытаться получить доступ к данным пользователя, ее работа тут же прерывается. Таким образом, пользователи, загружая на свой компьютер Java-приложения, могут не волноваться, что это приведет к заражению вирусами.
Правда, есть у подобной технологии и определенный недостаток: возможность снижения производительности работы приложений. Впрочем, современные усовершенствования технологии практически свели этот недостаток на нет. А удобство и легкость, с которыми связана работа на этом языке, заставляют многих пользователей скачать Java самоучитель или обучающее пособие, и уже через несколько часов написать свою первую программу.

Скачать Java

Лицензия			Бесплатно
Русская версия			Есть
Система			Windows/Linux/Mac OS
Разработчик			Oracle (cм. другие программы)
Оценка пользователей			5 из 5 баллов
Скачиваний			Сегодня: 0 | Всего: 21832

Итак, Java обладает длинной и непростой историей развития, однако настало время рассмотреть, что же получилось у создателей, какими свойствами обладает данная технология.

Самое широко известное, и в то же время вызывающее самые бурные споры, свойство - много- или кроссплатформенность . Уже говорилось, что оно достигается за счет использования виртуальной машины JVM , которая является обычной программой, исполняемой операционной системой и предоставляющей Java -приложениям все необходимые возможности. Поскольку все параметры JVM специфицированы, то остается единственная задача - реализовать виртуальные машины на всех существующих и используемых платформах.

Наличие виртуальной машины определяет многие свойства Java , однако сейчас остановимся на следующем вопросе - является Java языком компилируемым или интерпретируемым? На самом деле, используются оба подхода.

Исходный код любой программы на языке Java представляется обычными текстовыми файлами, которые могут быть созданы в любом текстовом редакторе или специализированном средстве разработки и имеют расширение.java. Эти файлы подаются на вход Java -компилятора, который транслирует их в специальный Java байт-код . Именно этот компактный и эффективный набор инструкций поддерживается JVM и является неотъемлемой частью платформы Java .

Результат работы компилятора сохраняется в бинарных файлах с расширением.class. Java -приложение, состоящее из таких файлов, подается на вход виртуальной машине, которая начинает их исполнять, или интерпретировать, так как сама является программой.

Многие разработчики поначалу жестко критиковали смелый лозунг Sun "Write once, run everywhere", обнаруживая все больше и больше несоответствий и нестыковок на различных платформах. Однако надо признать, что они просто были слишком нетерпеливы. Java только появилась на свет, а первые версии спецификаций были недостаточно исчерпывающими.

Очень скоро специалисты Sun пришли к выводу, что просто свободно публиковать спецификации (что уже делалось задолго до Java ) недостаточно. Необходимо еще и создавать специальные процедуры проверки новых продуктов на соответствие стандартам. Первый такой тест для JVM содержал всего около 600 проверок, через год их число выросло до десяти тысяч и с тех пор все время увеличивается (именно его в свое время не смог пройти MS IE 4.0). Безусловно, авторы виртуальных машин все время совершенствовали их, устраняя ошибки и оптимизируя работу. Все-таки любая, даже очень хорошо задуманная технология требует времени для создания высококачественной реализации. Аналогичный путь развития сейчас проходит Java 2 Micro Edition (J2ME ), но об этом позже.

Следующим по важности свойством является объектная ориентированность Java , что всегда упоминается во всех статьях и пресс-релизах. Сам объектно-ориентированный подход (ООП) рассматривается в следующей лекции, однако важно подчеркнуть, что в Java практически все реализовано в виде объектов - потоки выполнения (threads) и потоки данных (streams), работа с сетью, работа с изображениями, с пользовательским интерфейсом , обработка ошибок и т.д. В конце концов, любое приложение на Java - это набор классов, описывающих новые типы объектов.

Подробное рассмотрение объектной модели Java проводится на протяжении всего курса, однако обозначим основные особенности. Прежде всего, создатели отказались от множественного наследования. Было решено, что оно слишком усложняет и запутывает программы. В языке используется альтернативный подход - специальный тип " интерфейс ". Он подробно рассматривается в соответствующей лекции.

Далее, в Java применяется строгая типизация . Это означает, что любая переменная и любое выражение имеет тип, известный уже на момент компиляции. Такой подход применен для упрощения выявления проблем, ведь компилятор сразу сообщает об ошибках и указывает их расположение в коде. Поиск же исключительных ситуаций (exceptions - так в Java называются некорректные ситуации) во время исполнения программы (runtime) потребует сложного тестирования, при этом причина дефекта может обнаружиться совсем в другом классе. Таким образом, нужно прикладывать дополнительные усилия при написании кода, зато существенно повышается его надежность (а это одна из основополагающих целей, для которых и создавался новый язык).

В Java существует всего 8 типов данных, которые не являются объектами. Они были определены с самой первой версии и никогда не менялись. Это пять целочисленных типов: byte, short, int, long, а также к ним относят символьный char. Затем два дробных типа float и double и, наконец, булевский тип boolean. Такие типы называются простыми, или примитивными (от английского primitive ), и они подробно рассматриваются в лекции, посвященной типам данных. Все остальные типы - объектные или ссылочные (англ. reference ).

Синтаксис Java почему-то многих ввел в заблуждение. Он действительно создан на основе синтаксиса языков C/C++, так что если посмотреть на исходный код программ, написанных на этих языках и на Java, то не сразу удается понять, какая из них на каком языке написана. Это почему-то дало многим повод думать, что Java - это упрощенный C++ с дополнительными возможностями, такими как garbage collector . Автоматический сборщик мусора (garbage collector ) мы рассмотрим чуть ниже, но считать, что Java такой же язык, как и C++,- большое заблуждение.

Конечно, разрабатывая новую технологию, авторы Java опирались на широко распространенный язык программирования по целому ряду причин. Во-первых, они сами на тот момент считали C++ своим основным инструментом. Во-вторых, зачем придумывать что-то новое, когда есть вполне подходящее старое? Наконец, очевидно, что незнакомый синтаксис отпугнет разработчиков и существенно осложнит внедрение нового языка, а ведь Java должна была максимально быстро получить широкое распространение. Поэтому синтаксис был лишь слегка упрощен, чтобы избежать слишком запутанных конструкций.

Но, как уже говорилось, С++ принципиально не годился для новых задач, которые поставили себе разработчики из компании Sun, поэтому модель Java была построена заново, причем в соответствии с совсем другими целями. Дальнейшие лекции будут постепенно раскрывать конкретные различия.

Что же касается объектной модели, то она скорее была построена по образцу таких языков, как Smalltalk от IBM, или разработанный еще в 60-е годы в Норвежском Вычислительном Центре язык Simula, на который ссылается сам создатель Java Джеймс Гослинг.

Другое немаловажное свойство Java - легкость в освоении и разработке - также получило неоднозначную оценку. Действительно, авторы потрудились избавить программистов от наиболее распространенных ошибок, которые порой допускают даже опытные разработчики на C/C++. И первое место здесь занимает работа с памятью.

В Java с самого начала был введен механизм автоматической сборки мусора (от английского garbage collector ). Предположим, программа создает некоторый объект, работает с ним, а дальше наступает момент, когда он больше уже не нужен. Необходимо освободить занимаемую память, чтобы не мешать операционной системе нормально функционировать. В С/С++ это необходимо делать явным образом из программы. Очевидно, что при таком подходе существует две опасности - либо удалить объект, который еще кому-то необходим (и если к нему действительно произойдет обращение, то возникнет ошибка), либо не удалять объект, ставший ненужным, а это означает утечку памяти, то есть программа начинает потреблять все большее количество оперативной памяти.

При разработке на Java программист вообще не думает об освобождении памяти. Виртуальная машина сама подсчитывает количество ссылок на каждый объект, и если оно становится равным нулю, то такой объект помечается для обработки garbage collector . Таким образом, программист должен следить лишь за тем, чтобы не оставалось ссылок на ненужные объекты. Сборщик мусора - это фоновый поток исполнения, который регулярно просматривает существующие объекты и удаляет уже не нужные. Из программы никак нельзя повлиять на работу garbage collector , можно только явно инициировать его очередной проход с помощью стандартной функции. Ясно, что это существенно упрощает разработку программ, особенно для начинающих программистов.

Однако опытные разработчики были недовольны тем, что они не могут полностью контролировать все, что происходит с их системой. Нет точной информации, когда именно будет удален объект, ставший ненужным, когда начнет работать (а значит, и занимать системные ресурсы) поток сборщика мусора и т.д. Но, при всем уважении к опыту таких программистов, необходимо отметить, что подавляющее количество сбоев программ, написанных на С/С++, приходится именно на некорректную работу с памятью, причем порой это случается даже с широко распространенными продуктами весьма серьезных компаний.

Кроме того, особый упор делался на легкость освоения новой технологии. Как уже было сказано, ожидалось (и эти ожидания оправдались, в подтверждение правильности выбранного пути!), что Java должна получить максимально широкое применение, даже в тех компаниях, где никогда до этого не занимались программированием на таком уровне (бытовая техника типа тостеров и кофеварок, создание игр и других приложений для сотовых телефонов и т.д.). Был и целый ряд других соображений. Продукты для обычных пользователей, а не профессиональных программистов, должны быть особенно надежными. Internet стал Всемирной Сетью, поскольку появились непрофессиональные пользователи, а возможность создавать апплеты для них не менее привлекательна. Им требовался простой инструмент для создания надежных приложений.

Наконец, Internet-бум 90-х годов набирал обороты и выдвигал новые, более жесткие требования к срокам разработки. Многолетние проекты, которые были в прошлом обычным делом, перестали отвечать потребностям заказчиков, новые системы надо было создавать максимум за год, а то и за считаные месяцы.

Кроме введения garbage collector , были предприняты и другие шаги для облегчения разработки. Некоторые из них уже упоминались - отказ от множественного наследования, упрощение синтаксиса и др. Возможность создания многопоточных приложений была реализована в первой же версии Java (исследования показали, что это очень удобно для пользователей, а существующие стандарты опираются на телетайпные системы, которые устарели много лет назад). Другие особенности будут рассмотрены в следующих лекциях. Однако то, что создание и поддержка систем действительно проще на Java , чем на C/C++, давно является общепризнанным фактом. Впрочем, все-таки эти языки созданы для разных целей, и каждый имеет свои неоспоримые преимущества.

Следующее важное свойство Java - безопасность . Изначальная нацеленность на распределенные приложения, и в особенности решение исполнять апплеты на клиентской машине, сделали вопрос защиты одним из самых приоритетных. При работе любой виртуальной машины Java действует целый комплекс мер. Далее приводится лишь краткое описание некоторых из них.

Во-первых, это правила работы с памятью. Уже говорилось, что очистка памяти производится автоматически. Резервирование ее также определяется JVM , а не компилятором, или явным образом из программы, разработчик может лишь указать, что он хочет создать еще один новый объект. Указатели по физическим адресам отсутствуют принципиально.

Во-вторых, наличие виртуальной машины-интерпретатора значительно облегчает отсечение опасного кода на каждом этапе работы. Сначала байт-код загружается в систему, как правило, в виде class-файлов. JVM тщательно проверяет, все ли они подчиняются общим правилам безопасности Java и не созданы ли злоумышленниками с помощью каких-то других средств (и не искажены ли при передаче). Затем, во время исполнения программы, интерпретатор легко может проверить каждое действие на допустимость. Возможности классов, которые были загружены с локального диска или по сети, существенно различаются (пользователь легко может назначать или отменять конкретные права). Например, апплеты по умолчанию никогда не получат доступ к локальной файловой системе. Такие встроенные ограничения есть во всех стандартных библиотеках Java .

Наконец, существует механизм подписания апплетов и других приложений, загружаемых по сети. Специальный сертификат гарантирует, что пользователь получил код именно в том виде, в каком его выпустил производитель. Это, конечно, не дает дополнительных средств защиты, но позволяет клиенту либо отказаться от работы с приложениями ненадежных производителей, либо сразу увидеть, что в программу внесены неавторизованные изменения. В худшем случае он знает, кто ответственен за причиненный ущерб.

Совокупность описанных свойств Java позволяет утверждать, что язык весьма приспособлен для разработки Internet- и интранет (внутренние сети корпораций)-приложений.

Наконец, важная отличительная особенность Java - это его динамичность . Язык очень удачно задуман, в его развитии участвуют сотни тысяч разработчиков и многие крупные компании. Основные этапы этого развития кратко освещены в следующем разделе.

Итак, подведем итоги. Java -платформа обладает следующими преимуществами:

• переносимость, или кроссплатформенность ;
• объектная ориентированность, создана эффективная объектная модель;
• привычный синтаксис С/С++;
• встроенная и прозрачная модель безопасности ;
• ориентация на Internet-задачи, сетевые распределенные приложения;
• динамичность , легкость развития и добавления новых возможностей;
• простота освоения.

Но не следует считать, что более легкое освоение означает, что изучать язык не нужно вовсе. Чтобы писать действительно хорошие программы, создавать большие сложные системы, необходимо четкое понимание всех базовых концепций Java и используемых библиотек. Именно этому и посвящен данный курс.

Основные версии и продукты Java

Сразу оговоримся, что под продуктами здесь понимаются программные решения от компании Sun, являющиеся "образцами реализации" ( reference implementation ).

Итак, впервые Java была объявлена 23 мая 1995 года. Основными продуктами, доступными на тот момент в виде бета-версий, были:

• Java language specification , JLS , спецификация языка Java (описывающая лексику, типы данных, основные конструкции и т.д.);
• спецификация JVM ;
• Java Development Kit , JDK - средство разработчика, состоящее в основном из утилит, стандартных библиотек классов и демонстрационных примеров.

Спецификация языка была составлена настолько удачно, что практически без изменений используется и по сей день. Конечно, было внесено большое количество уточнений, более подробных описаний, были добавлены и некоторые новые возможности (например, объявление внутренних классов), однако основные концепции остаются неизменными. Данный курс в большой степени опирается именно на спецификацию языка.

Спецификация JVM предназначена в первую очередь для создателей виртуальных машин, а потому практически не используется Java -программистами.

JDK долгое время было базовым средством разработки приложений. Оно не содержит никаких текстовых редакторов, а оперирует только уже существующими Java -файлами. Компилятор представлен утилитой javac (java compiler). Виртуальная машина реализована программой java . Для тестовых запусков апплетов существует специальная утилита appletviewer . Наконец, для автоматической генерации документации на основе исходного кода прилагается средство javadoc .

Первая версия содержала всего 8 стандартных библиотек:

• java.lang - базовые классы, необходимые для работы любого приложения (название - сокращение от language);
• java.util - многие полезные вспомогательные классы;
• java.applet - классы для создания апплетов ;
• java.awt , java.awt.peer - библиотека для создания графического интерфейса пользователя (GUI ), называется Abstract Window Toolkit , AWT , подробно описывается в лекции 11;
• java.awt.image - дополнительные классы для работы с изображениями;
• java.io - работа с потоками данных (streams) и с файлами;
• java.net - работа с сетью.

Таким образом, все библиотеки начинаются с java , именно они являются стандартными. Все остальные (начинающиеся с com, org и др.) могут меняться в любой версии без поддержки совместимости.

Финальная версия JDK 1.0 была выпущена в январе 1996 года.

Сразу поясним систему именования версий. Обозначение версии состоит из трех цифр. Первой пока всегда стоит 1. Это означает, что поддерживается полная совместимость между всеми версиями 1.х.х. То есть программа, написанная на более старом JDK , всегда успешно выполнится на более новом. По возможности соблюдается и обратная совместимость - если программа откомпилирована более новым JDK , а никакие новые библиотеки не использовались, то в большинстве случаев старые виртуальные машины смогут выполнить такой код.

Вторая цифра изменилась от 0 до 4 (последняя на момент создания курса). В каждой версии происходило существенное расширение стандартных библиотек (212, 504, 1781, 2130 и 2738 - количество классов и интерфейсов с 1.0 по 1.4), а также добавлялись некоторые новые возможности в сам язык. Менялись и утилиты, входящие в JDK .

Наконец, третья цифра означает развитие одной версии. В языке или библиотеках ничего не меняется, лишь устраняются ошибки, производится оптимизация, могут меняться (добавляться) аргументы утилит. Так, последняя версия JDK 1.0 - 1.0.2.

Хотя с развитием версии 1.х ничего не удаляется, конечно, какие-то функции или классы устаревают. Они объявляются deprecated , и хотя они будут поддерживаться до объявления 2.0 (а про нее пока ничего не было слышно), пользоваться ими не рекомендуется.

Вместе с первым успехом JDK 1.0 подоспела и критика. Основные недостатки, обнаруженные разработчиками, были следующими. Во-первых, конечно, производительность. Первая виртуальная машина работала очень медленно. Это связано с тем, что JVM , по сути, представляет собой интерпретатор, который работает всегда медленнее, чем исполняется откомпилированный код. Однако успешная оптимизация, устранившая этот недостаток, была еще впереди. Также отмечались довольно бедные возможности AWT , отсутствие работы с базами данных и другие.

В декабре 1996 года объявляется новая версия JDK 1.1, сразу выкладывается для свободного доступа бета-версия. В феврале 1997 года выходит финальная версия. Что было добавлено в новом выпуске Java ?

Конечно, особое внимание было уделено производительности. Многие части виртуальной машины были оптимизированы и переписаны с использованием Assembler, а не C, как до этого. Кроме того, с октября 1996 года Sun развивает новый продукт - Just-In-Time компилятор, JIT . Его задача - транслировать Java байт-код программы в "родной" код операционной системы. Таким образом, время запуска программы увеличивается, но зато выполнение может ускоряться в некоторых случаях до 50 раз! С июля 1997 года появляется реализация под Windows и JIT стандартно входит в JDK с возможностью отключения.

Были добавлены многие новые важные возможности. JavaBeans - технология, объявленная еще в 1996 году, позволяет создавать визуальные компоненты, которые легко интегрируются в визуальные средства разработки. JDBC (Java DataBase Connectivity) обеспечивает доступ к базам данных. RMI (Remote Method Invocation) позволяет легко создавать распределенные приложения. Были усовершенствованы поддержка национальных языков и система безопасности .

За первые три недели JDK 1.1 был скачан более 220.000 раз, менее чем через год - более двух миллионов раз. На данный момент версия 1.1 считается полностью устаревшей и ее развитие остановилось на 1.1.8. Однако из-за того, что самый распространенный браузер MS IE до сих пор поддерживает только эту версию, она продолжает использоваться для написания небольших апплетов .

Кроме того, с 11 марта 1997 года компания Sun начала предлагать Java Runtime Environment , JRE (среду выполнения Java ). По сути дела, это минимальная реализация виртуальной машины, необходимая для исполнения Java -приложений, без компилятора и других средств разработки. Если пользователь хочет только запускать программы, это именно то, что ему нужно.

Как видно, самым главным недостатком осталась слабая поддержка графического интерфейса пользователя (GUI ). В декабре 1996 года компании Sun и Netscape объявляют новую библиотеку IFC (Internet Foundation Classes), разработанную Netscape полностью на Java и предназначенную как раз для создания сложного оконного интерфейса . В апреле 1997 года объявляется, что компании планируют объединить технологии AWT от Sun и IFC от Netscape для создания нового продукта Java Foundation Classes , JFC , в который должны войти:

• усовершенствованный оконный