Язык программирования java

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

Департамент образования владимирской области

Государственное бюджетное образовательное учреждение

ковровский  промышленно-гуманитарный техникум

 

 

Специальность: 230701 «Прикладная информатика»

 

 

 

 

 

 

 

Доклад

 

Язык программирования «Java»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                      Выполнил студент группы ИП-110

                                                                      Куткин Андрей

 

 

 

Ковров 2013

 

Казалось бы, на сегодняшний день изобретены уже  все языки программирования, какие  только можно придумать. Но нет - появился еще один, с названием Java. Этот язык сумел получить весьма заметную известность за последние несколько лет, так как он ориентирован на самую популярную компьютерную среду - сеть Internet и серверы Web.

Персональные компьютеры сделали информационные технологии частью массовой культуры. И тем не менее, уже довольно длительная история развития персональных компьютеров не знала ничего, подобного феномену Java. Что изменилось в мире в последние годы, почему этот феномен стал возможен?

Изменился Интернет. Он стал доступен миллионам людей, далеких  от технических проблем. Число пользователей  Интернет по порядку величины уже  не отличается от числа пользователей  персональных компьютеров и продолжает взрывообразно расти. Одновременно Интернет обеспечил такую скорость распространения новинок информационных технологий, которую не могли и  никогда не смогут дать традиционные каналы сбыта. Время спрессовалось. В Интернет, опоздав буквально  на день, компьютерная компания, даже крупная, рискует серьезно ослабить свои позиции  сразу во всем мире.

Язык Java произошел от языка программирования Oak (а не от C++, как думают многие). Oak был приспособлен для работы в Internet и затем переименован в Java.

Синтаксис Java близок к синтаксису языка C++. Унаследовав самое лучшее от языка программирования C++, язык Java при этом избавился от некоторых недостатков C++, в результате чего на нем стало проще программировать. В этом языке нет, например, указателей, которые сложны в использовании и потенциально могут послужить причиной доступа программы к не принадлежащей ей области памяти. Нет множественного наследования и шаблонов, хотя функциональные возможности языка Java от этого не пострадали.

Огромное преимущество Java заключается в том, что на этом языке можно создавать приложения, способные работать на различных платформах. К сети Internet подключены компьютеры самых разных типов - Pentium PC, Macintosh, рабочие станции Sun и так далее. Даже в рамках компьютеров, созданных на базе процессоров Intel, существует несколько платформ, например, Microsoft Windows версии 3.1, Windows 95, Windows NT, OS/2, Solaris, различные разновидности операционной системы UNIX с графической оболочкой X­Windows. Между тем, создавая сервер Web в сети Internet, хотелось бы, чтобы им могло пользоваться как можно большее число людей. В этом случае выручают приложения Java, предназначенные для работы на различных платформах и не зависящие от конкретного типа процессора и операционной системы.

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 аплеты (applets). Аплеты представляют собой разновидность приложений Java, которые интерпретируются виртуальной машиной Java, встроенной практически во все современные браузеры.

Приложения, относящиеся  к первой группе (будем называть их просто приложениями Java), - 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.

Аплеты Java встраиваются в документы HTML, хранящиеся на сервере Web. С помощью аплетов можно сделать страницы сервера Web динамичными и интерактивными. Аплеты позволяют выполнять сложную локальную обработку данных, полученных от сервера Web или введенных пользователем с клавиатуры. Из соображений безопасности аплеты (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 аплетами 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 аплета его код транслируется в обычную исполнимую программу, которая сохраняется на диске и запускается. В результате общая скорость выполнения аплета Java увеличивается в несколько раз.

Язык Java является объектно-ориентированным и поставляется с достаточно объемной библиотекой классов. Так же как и библиотеки классов систем разработки приложений на языке C++, библиотеки классов Java значительно упрощают разработку приложений, представляя 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.

В узком смысле слова  Java - это объектно-ориентированный язык, напоминающий C++, но более простой для освоения и использования. В более широком смысле Java - это целая технология программирования, изначально рассчитанная на интеграцию с Web-сервисом, то есть на использование в сетевой среде, Поскольку Web-навигаторы существуют практически для всех аппаратно-программных платформ, Java-среда должна быть как можно более мобильной, в идеале полностью независимой от платформы.

С целью решения перечисленных  проблем были приняты, помимо интеграции с Web-навигатором, два других важнейших постулата:

• Была специфицирована виртуальная Java-машина, на которой должны выполняться (интерпретироваться) Java-программы. Определены ее архитектура, представление элементов данных и система команд. Исходные Java-тексты транслируются в коды этой машины. Тем самым, при появлении новой аппаратно-программной платформы в портировании будет нуждаться только Java-машина; все программы, написанные на Java, пойдут без изменений.
• Определено, что при редактировании внешних связей Java-программы и при работе Web-навигатора прозрачным для пользователя образом может осуществляться поиск необходимых объектов не только на локальной машине, но и на других компьютерах, доступных по сети (в частности, на WWW-сервере). Найденные объекты загружаются, а их методы выполняются затем на машине пользователя.

Несомненно, между двумя  сформулированными положениями  существует тесная связь. В компилируемой  среде трудно как дистанцироваться от аппаратных особенностей компьютера, так и реализовать прозрачную динамическую загрузку по сети. С другой стороны, прием объектов извне требует  повышенной осторожности при работе с ними, а, значит, и со всеми Java-программами. Принимать необходимые меры безопасности проще всего в интерпретируемой среде. Вообще, мобильность, динамизм и безопасность - спутники интерпретатора, а не компилятора.

Принятые решения сделали  Java-среду идеальным средством разработки клиентских компонентов Web-систем. Особо отметим прозрачную для пользователя динамическую загрузку объектов по сети. Из этого вытекает такое важнейшее достоинство, как нулевая стоимость администрирования клиентских систем, написанных на Java. Достаточно обновить версию объекта на сервере, после чего клиент автоматически получит именно ее, а не старый вариант. Без этого реальная работа с развитой сетевой инфраструктурой практически невозможна. С другой стороны, при наличии динамической загрузки действительно возможно появление устройств класса Java-терминалов, изначально содержащих только WWW-навигатор, а все остальное (и программы, и данные) получающих по сети.

Здесь уместно отметить замечательную точность в выборе основных посылок проекта Java. Из минимума предположений вытекает максимум новых возможностей при сохранении практичности реализации.

В то же время, интеграция с WWW-навигатором и интерпретируемая природа Java-среды ставят вполне определенные рамки для реального использования Java-программ (хотя, конечно же, язык Java не менее универсален, чем, скажем, C++). Например, известно, что интерпретация, по сравнению с прямым выполнением, на 1-2 порядка медленнее. Применение компиляции "на лету" и специализированных Java-процессоров, несомненно, улучшит ситуацию, но пока использование Java на серверной стороне представляется проблематичным.

Мобильность Java.

Язык программирования С является мобильным. Это нужно понимать в том смысле, что имеется принципиальная возможность переноса программ C на различные платформы.

Однако следует отметить, что 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.

Вот хотя бы проблемы, связанные  с переносом 16-разрядных приложений Windows в 32-разрядную среду Windows 95 и Windows NT. Даже если тщательно следовать всем рекомендациям, разрабатывая приложения так, чтобы они могли работать в будущих версиях Windows, едва ли удастся просто перекомпилировать исходные тексты, не изменив в них ни строчки. Ситуация еще больше ухудшается, если 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, нужно, 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, необходимо фактически делать несколько различных приложений и сопровождать их по отдельности.

Покажем, как приложение, изначально разработанное для Windows NT, переносится на платформу Apple 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 приложение Java (или аплет) должно работать на нескольких платформах, нет необходимости компилировать его исходные тексты несколько раз. Можно 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. 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?

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 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.