Что такое ява - IT Справочник
Llscompany.ru

IT Справочник
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое ява

Что такое Java и зачем он нужен

Про­грам­ми­сты Java ценят­ся, они дела­ют слож­ные про­ек­ты, осо­бен­но их любят в сре­де раз­ра­бот­ки под Android и в раз­лич­ных кор­по­ра­тив­ных сфе­рах. Вот что это за язык и поче­му его сто­ит изу­чать.

  • Мно­го­плат­фор­мен­ность. Рабо­та­ет на огром­ном коли­че­стве опе­ра­ци­о­нок и желе­за.
  • ООП. Для тех, кто любит чёт­кие струк­ту­ры и раз­гра­ни­че­ние дан­ных.
  • Боль­шое сооб­ще­ство и мно­го уже напи­сан­но­го кода. Нет про­блем с рабо­той и с гото­вы­ми реше­ни­я­ми.

Мину­сы — тоже крат­ко:

  • Не хва­та­ет ско­ро­сти. Ино­гда это кри­тич­но.
  • Мно­го­слов­ный код. Там, где С++ исполь­зу­ет одну коман­ду, Java тре­бу­ет пять.

Виртуальная машина

Допу­стим, у нас есть некий код на язы­ке Java. Пока неваж­но, что там за син­так­сис, как устро­е­ны клас­сы и т. д. Про­сто код. Как его испол­нить?

Если бы это был язык типа C++, нам нуж­но было бы ском­пи­ли­ро­вать его под тре­бу­е­мое желе­зо или опе­ра­ци­он­ную систе­му. Ском­пи­ли­ро­вать — то есть пре­об­ра­зо­вать понят­ный нам код в понят­ные про­цес­со­ру инструк­ции. Так как про­цес­со­ров мно­го, ком­пи­ли­ро­вать нуж­но будет по-разному. Плюс в раз­ных опе­ра­ци­он­ных систе­мах по-разному устро­е­ны ком­по­нен­ты, кноп­ки, рабо­та с сетью и т. д. Перед ком­пи­ля­ци­ей про­грам­му нуж­но будет допи­лить под эти осо­бен­но­сти.

Сила Java — в вир­ту­аль­ной машине JVM (Java Virtual Machine). Это такая про­грам­ма, кото­рая пере­во­дит Java-код, понят­ный чело­ве­ку, в код, понят­ный про­цес­со­ру. Что­бы код стал уни­вер­саль­ным, раз­ра­бот­чи­ки сде­ла­ли вир­ту­аль­ные маши­ны для каж­дой опе­ра­ци­он­ной систе­мы и про­цес­со­ров. Эти маши­ны учи­ты­ва­ют все осо­бен­но­сти архи­тек­ту­ры сво­ей плат­фор­мы и зна­ют, как обра­бо­тать любую Java-команду. Это зна­чит, что один и тот же Java-код мож­но запу­стить и на теле­фоне, и на ком­пью­те­ре, и где угод­но ещё.

Спе­ци­аль­но для про­грам­ми­стов: мы наме­рен­но упро­сти­ли прин­ци­пы рабо­ты JRE и JVM и не гово­рим про байт-код, ком­пи­ля­цию и про­чее. Вме­сто это­го мы сосре­до­то­чи­лись на прин­ци­пах, кото­рые помо­га­ют понять саму суть рабо­ты Java. Если вам кажет­ся, что из-за про­сто­ты мы не опи­са­ли что-то важ­ное — рас­ска­жи­те об этом в ком­мен­та­ри­ях.

Где можно запускать Java-код

Поэто­му запус­кать код на Java мож­но вез­де, для чего уже была раз­ра­бо­та­на JVM, то есть вир­ту­аль­ная маши­на Java. Напри­мер:

  • уль­тра­мощ­ные сер­ве­ры,
  • ком­пью­те­ры,
  • смарт­фо­ны,
  • кно­поч­ные теле­фо­ны,
  • робо­ты и мик­ро­кон­трол­ле­ры типа Arduino, Raspberry Pi и мно­гих дру­гих,
  • фитнес-браслеты,
  • GPS-трекеры,
  • умные часы,
  • умные теле­ви­зо­ры, холо­диль­ни­ки, мик­ро­вол­нов­ки, чай­ни­ки и про­чие домаш­ние гад­же­ты,
  • смарт-карты для досту­па в поме­ще­ния.

Пред­ставь­те такую ситу­а­цию: вы напи­са­ли Java-программу, кото­рая сле­дит за сво­бод­ным местом на дис­ке, и как толь­ко его ста­но­вит­ся мень­ше 20% — выво­дит сооб­ще­ние, мол, уда­ли ненуж­ные фай­лы. Теперь вы може­те запу­стить эту про­грам­му вез­де, где есть JVM. Она сама раз­бе­рёт­ся с кодом, пой­мёт, для како­го про­цес­со­ра она это дела­ет, и запу­стит вашу про­грам­му. В резуль­та­те один и тот же код будет сле­дить за сво­бод­ным местом на ком­пью­те­ре, кно­поч­ном теле­фоне, смарт­фоне, план­ше­те, умной мик­ро­вол­нов­ке или домаш­ней сиг­на­ли­за­ции.

Преимущества Java-программирования

Неза­ви­си­мость от архи­тек­ту­ры и плат­фор­мы. Вы пише­те код, не заду­мы­ва­ясь об осо­бен­но­стях опе­ра­ци­он­ной систе­мы или про­цес­со­ра. Всё это берёт на себя вир­ту­аль­ная маши­на, а вы толь­ко пише­те логи­ку рабо­ты.

Объектно-ориентированное про­грам­ми­ро­ва­ние. ООП — это совре­мен­ный стан­дарт про­грам­ми­ро­ва­ния в ком­мер­че­ских и про­мыш­лен­ных систе­мах. В слу­чае с Java это полу­чит­ся само собой: дело в том, что, как и Ruby, Java — чистый ООП-язык. В нём даже функ­ции пре­вра­ти­лись в мето­ды и могут суще­ство­вать толь­ко внут­ри клас­са.

Рабо­та с памя­тью. Про­грам­ми­сту не нуж­но сле­дить за тем, сколь­ко памя­ти рас­хо­ду­ет его про­грам­ма и как её осво­бо­дить, когда какая-то пере­мен­ная боль­ше не нуж­на. Для это­го в Java встро­е­но авто­ма­ти­че­ское управ­ле­ние памя­тью: Java не допус­ка­ет её уте­чек и раз­рас­та­ния объ­ё­ма, а после завер­ше­ния про­грам­мы осво­бож­да­ет все ресур­сы.

Без­опас­ность. Вир­ту­аль­ная маши­на сама сле­дит за тем, что­бы про­грам­ма не полу­чи­ла доступ к тому, что выхо­дит за её пол­но­мо­чия. Напри­мер, Java-программа не смо­жет про­чи­тать содер­жи­мое осталь­ной опе­ра­тив­ной памя­ти или свя­зать­ся с дру­гим ком­пью­те­ром, если это не преду­смот­ре­но изна­чаль­ны­ми пра­ва­ми досту­па.

Боль­шое сооб­ще­ство и под­держ­ка. Java — тре­тий по попу­ляр­но­сти язык про­грам­ми­ро­ва­ния в мире. В Сети есть тыся­чи сай­тов, кото­рые рас­ска­зы­ва­ют об этом язы­ке, помо­га­ют разо­брать­ся в коде или содер­жат гото­вые реше­ния.

Стан­дарт в кор­по­ра­тив­ном про­грам­ми­ро­ва­нии. Боль­шим ком­па­ни­ям в про­грам­мах нуж­на надёж­ность, ста­биль­ность рабо­ты и воз­мож­ность под­дер­жи­вать их дол­гое вре­мя. Соче­та­ние ООП, управ­ле­ния памя­тью и неза­ви­си­мо­сти от архи­тек­ту­ры дела­ет Java иде­аль­ным реше­ни­ем для это­го.

Недостатки Java

Всё это зву­чит хоро­шо, но есть у Java и недо­стат­ки, весь­ма суще­ствен­ные.

Не самая высо­кая про­из­во­ди­тель­ность. У С и С++ есть толь­ко ком­пи­ля­тор, кото­рый пере­во­дит про­грам­му в машин­ный код. У Java тако­го нет, и всё дела­ет вир­ту­аль­ная маши­на. Полу­ча­ет­ся, что для выпол­не­ния Java-кода нуж­но делать двой­ную рабо­ту: про­цес­сор запус­ка­ет JVM, а JVM выпол­ня­ет сам код. Из-за тако­го под­хо­да Java-программы в полтора-два раза мед­лен­нее, чем тот же код, напи­сан­ный на С++.

Плат­ная лицен­зия. С 2019 года ком­па­ния Oracle, кото­рая вла­де­ет лицен­зи­ей на Java, раз­де­ли­ла её на две части: плат­ную и бес­плат­ную. Если вам нуж­на дол­гая под­держ­ка сре­ды раз­ра­бот­ки и ста­биль­ная рабо­та про­грамм — бери­те плат­ную лицен­зию, ино­гда ста­биль­ность важ­нее. Если вам не нуж­на под­держ­ка и вы може­те уста­но­вить каж­дую новую бес­плат­ную сбор­ку само­сто­я­тель­но — отда­вать день­ги не нуж­но.

Гро­мозд­кий код. Раз­ра­бот­чи­ки Java ста­ви­ли сво­ей целью упро­стить про­грам­ми­ро­ва­ние на С++, и им это уда­лось. Цена, кото­рую при­шлось за это запла­тить, — боль­шие и длин­ные кон­струк­ции в язы­ке, кото­рые часто меша­ют пони­ма­нию сути того, что про­ис­хо­дит. Срав­ни­те код, кото­рый рису­ет пира­мид­ку из звёз­до­чек, на Java и Python:

Кто и для чего использует Java

Для нача­ла — спи­сок ком­па­ний и тех­но­ло­гий, кото­рые исполь­зу­ют Java в каче­стве основ­но­го язы­ка про­грам­ми­ро­ва­ния:

  • Amazon,
  • LinkedIn,
  • eBay,
  • Yahoo!
  • OpenOffice,
  • IBM, Intel и Oracle.

Раз­ра­бот­ка под Android. Java до сих пор оста­ёт­ся основ­ным язы­ком мобиль­ной раз­ра­бот­ки для этой опе­ра­ци­он­ной систе­мы, несмот­ря на рас­ту­щую попу­ляр­ность Kotlin. Android Studio — офи­ци­аль­ная сре­да Java-разработки, при­знан­ная ком­па­ни­ей Google.

Тер­ми­на­лы и пла­тёж­ные систе­мы. Бла­го­да­ря вир­ту­аль­ной машине Java-код может рабо­тать на обо­ру­до­ва­нии, кото­рое сто­ит в пла­тёж­ных тер­ми­на­лах и бан­ко­ма­тах.

Рабо­та с финан­са­ми. Если нужен про­стой и надёж­ный сайт по обра­бот­ке пла­те­жей или пере­во­ду денег — исполь­зуй­те Java. Встро­ен­ные систе­мы без­опас­но­сти помо­гут избе­жать несанк­ци­о­ни­ро­ван­ных дей­ствий про­грам­мы.

Зарплаты Java-программистов

По дан­ным Хабр Карье­ры на нача­ло 2020 года, Java-программисты полу­ча­ют так:

Учи­ты­вая боль­шое коли­че­ство уже напи­сан­но­го кода, кото­рый надо под­дер­жи­вать, Java-специалисты будут вос­тре­бо­ва­ны ещё очень дол­го. Поэто­му если вы до сих пор дума­е­те над язы­ком для стар­та карье­ры про­грам­ми­ста — посмот­ри­те в сто­ро­ну Java.

С чего начать

Java — Учеб­ник для начи­на­ю­щих про­грам­ми­стов. Подой­дёт для стар­та, хотя сам учеб­ник напи­сан места­ми тяжё­лым и ака­де­ми­че­ским язы­ком.

Гер­берт Шил­дт — мож­но брать любую кни­гу, в назва­нии кото­рой есть Java 8. Если нуж­но совсем с нуля — читай­те «Java 8. Руко­вод­ство для начи­на­ю­щих».

Если вам нуж­на допол­ни­тель­ная тео­рия и нестан­дарт­ные при­ё­мы, почи­тай­те «Java. Эффек­тив­ное про­грам­ми­ро­ва­ние» Джо­шуа Бло­ха. Подой­дёт и тем, у кого уже есть опыт Java-разработки.

Что такое Java: объясняем для новичков

Рассказываем о языке Java: для чего он используется, какие у него плюcы и минусы. А ещё сравниваем Java с C# и Python.

Даже если вы никогда не интересовались программированием, скорее всего, вы слышали название Java — и не просто так. Это один из самых популярных в мире языков программирования: он был создан в 1995 году, быстро набрал популярность и уже много лет её не теряет. В рейтинге TIOBE за ноябрь 2019 года Java заняла первое место, а по статистике GitHub — третье: второе место занял Python, а первое — JavaScript.

Java используют везде: вы найдёте её почти во всех больших компаниях, в том числе в Netflix, AliExpress, Google, Intel, eBay, TripAdvisor и многих других.

Кстати, назвали этот язык в честь одного из сортов кофе.

Мария Грегуш

В бэкграунде — программирование, французский язык, академическое рисование, капоэйра. Сейчас учит финский. Любит путешествия и Балтийское море.

Оглавление

Java: что за зверь?

Javaмультифункциональный объектно-ориентированный язык со строгой типизацией.

С мультифункциональностью всё достаточно просто: Java действительно почти «волшебная таблетка» — на ней можно разрабатывать десктопные приложения, приложения под Android, заниматься веб-разработкой… Подробнее об этом ниже.

Строгая (сильная) типизация не позволяет смешивать в выражениях разные типы и не выполняет автоматически неявные преобразования. Это добавляет мороки: какие-то части приходится прописывать самому, а свободы у вас меньше, — зато в обмен на это вы получаете надёжность.

Объектно-ориентированный язык — это язык, созданный по модели объектно-ориентированного программирования. В ней существуют классы и объекты. Классы — это типы данных, а объекты — представители классов. Вы создаёте их сами, даёте названия и присваиваете им свойства и операции, которые с ними можно выполнять. Это как конструктор, который позволяет построить то, что вы хотите. Именно с помощью этой системы объектов в основном программируют на Java.

Читать еще:  Ошибка синтаксиса в инструкции insert into

Что можно писать на Java

Как мы отметили выше, Java используется во многих сферах. На ней пишут:

  • приложения для Android — Java практически единственный язык для них;
  • десктопные приложения;
  • промышленные программы;
  • банковские программы;
  • научные программы;
  • программы для работы с Big Data;
  • веб-приложения, веб-сервера, сервера приложений;
  • встроенные системы — от маленьких чипов до специальных компьютеров;
  • корпоративный софт.

Чаще всего вы встретите Java в веб-разработке и в приложениях для Android, но и в остальных сферах она тоже очень популярна.

Плюсы и минусы Java

У всех качеств Java, будь то строгая типизация или объектная ориентированность, есть свои плюсы и минусы, а ещё они есть у самой Java как у языка.

Плюсы

  • Независимость — ваш код будет работать на любой платформе, которая поддерживает Java.
  • Надёжность — в немалой мере достигается благодаря строгой статической типизации.
  • Мультифункциональность.
  • Сравнительно простой синтаксис.
  • Java — основной язык для Android-разработки.
  • Объектно-ориентированное программирование (ООП) тоже приносит много выгод:
  1. параллельная разработка;
  2. гибкость;
  3. одни и те же классы можно использовать много раз;
  4. код хорошо организован, и его легче поддерживать.

Минусы

  • Низкая скорость (по сравнению с С и С++).
  • Требует много памяти.
  • Нет поддержки низкоуровневого программирования (Java — высокоуровневый язык). Например, у неё нет указателей .
  • С 2019 года обновления для бизнеса и коммерческого использования стали платными.
  • Для ООП нужен опыт, а планирование новой программы занимает много времени.

Переменная, которая содержит не значение (например, число), а адрес другой переменной. Она как бы «указывает» на другую переменную.

Спорный момент

  • Автоматическая сборка мусора (Garbage collection): с одной стороны это выгода, но с другой стороны, разработчик не может контролировать процесс, хотя иногда это важно.

Есть ли у Java альтернатива?

Может показаться, что Java — абсолютный лидер и у неё нет соперников, но на самом деле всё совсем наоборот. Её часто сравнивают с С# и Python, и это только главные «противники». Давайте посмотрим на них внимательнее.

Java против Python

Java и Python соревнуются не первый год: в рейтингах они раз за разом занимают места рядом друг с другом (вот рейтинг 2019 года). Сравнивают их не просто так, у них действительно есть общие черты: оба языка очень популярные, объектно-ориентированные и работают вне зависимости от платформы.

Давайте посмотрим, что у них различается.

Типизация

У Java статическая типизация: вы должны прописывать тип данных, когда вводите новую переменную.

У Python динамическая типизация: это значит, что типы данных не надо прописывать, они определяются автоматически. Ещё одно отличие типизации: в Python разные типы переменных можно смешивать. Но и тут есть свои границы: например, вы можете сделать массив со строками и числами, но прибавить строку к числу уже нельзя.

Python даст вам больше гибкости и лёгкости в написании, зато Java предупредит ошибки.

Читаемость

Этот пункт связан с предыдущим, потому что то же указание типов влияет на конечный вид кода. Хотя у Java достаточно простой синтаксис по сравнению с другими языками, здесь Python выигрывает. Гораздо лучше слов эту разницу покажет пример.

Вот так может выглядеть код в Python:

То же самое, написанное в Java:

В целом у синтаксиса в Python простая ясная структура, он хорошо читается, его можно даже назвать интуитивным. Он хорошо подойдёт новичкам.

В Java код более комплексный, со множеством слов и знаков: на английском такой синтаксис называют словом «verbose», то есть «говорливый» код, многословный. Он хуже читается и может быть сложноват для новичков, хотя многие разработчики чувствуют себя комфортнее со строгим синтаксисом.

Скорость

Здесь уже Java явный победитель. По сравнению с С и С++ она, может, и не самая быстрая, но Python явно отстаёт от Java по скорости и производительности. В обоих языках приложения переводятся в байт-код (это позволяет им быть кроссплатформенными), но разница кроется в том, когда это происходит: Java компилирует заранее, с помощью JIT-компиляции (динамической компиляции), а Python — во время выполнения программы. В итоге Java значительно быстрее.

Java против С#

Как и в случае с Python, C# сравнивают с Java не просто так: это тоже объектно-ориентированный язык со статической типизацией, и даже синтаксис у Java и C# похож.

Теперь посмотрим на их различия.

Безопасность

Один из параметров языков программирования — типобезопасность (безопасность системы типов). Если язык безопасный, то после проверки согласования типов в них уже не появится ошибка во время выполнения.

Несмотря на то что до твёрдого звания типобезопасного языка ни С#, ни Java не дотягивают, Java достаточно надёжная и разрабатывалась так, чтобы не допускать ошибок в этой области. В C# есть указатели, и такой доступ к памяти делает его менее безопасным.

Указатели и управление памятью

Вообще, если вам важно работать с указателями (например, вы хотите работать с памятью на более низком уровне), то лучше выбирать из совсем других языков (С, С++). Но если сравнивать эти два, C# побеждает: в отличие от Java, здесь указатели всё-таки есть, хоть и сильно ограниченные.

Поддержка платформ

C# разработан компанией Microsoft для их собственной экосистемы, поэтому на нём разрабатывается ПО специально для Windows. Java в этом смысле более универсальная — на ней можно писать приложения для почти любых платформ.

Применение

Если вы хотите писать веб-приложения, мессенджеры или приложения на Android или ещё не определились и поэтому хотите что-то универсальное — ваш выбор ясен: Java замечательно подойдёт.

Если же вы хотите разрабатывать приложения для Windows, то что может быть лучше, чем язык, специально для этого созданный? Кстати, C# очень хорош для разработки игр и проектов с виртуальной реальностью.

А что с работой?

Прежде чем учить какой-то язык программирования, вы наверняка хотите знать: «А что же потом?»

Поэтому мы собрали для вас небольшую статистику по вакансиям.

На Яндекс.Работе в Москве от 900 до 1000 вакансий для Java-разработчиков, а на HeadHunter — около 2000 (все данные приведены за декабрь 2019 года).

Вакансии, в которых указана зарплата, начинаются от 70 тысяч рублей. Большинство предложений попадает в диапазон от 100 до 200 тысяч, а продвинутым разработчикам предлагают до 300 тысяч рублей.

Как вы видите, Java-разработчики востребованы, и даже по московским меркам у них хорошая зарплата (по данным Банка заработных плат HeadHunter, средняя зарплата по Москве в третьем квартале 2019 года составила 85 707 рублей).

Ещё одна возможность — работа из дома. Её выгода в том, что вам не обязательно искать предложения в одном городе. Например, HeadHunter показывает 318 предложений удалённой работы в России, с зарплатами от 90 до 150 тысяч рублей. При желании и знании языка вы можете искать варианты даже в других страна

Легко ли новичку учить Java?

Java легче некоторых других языков, например таких как С и С++. Большую роль в этом играет то, что в Java вам не придётся разбираться с управлением памятью. С другой стороны, как мы уже говорили, синтаксис в том же Python проще, а типизация свободнее.

Если вы совсем новичок, то учить Java может быть сложновато и стоит подумать о языках с более простым синтаксисом. Но если у вас уже есть минимальный опыт программирования, то Java — хороший выбор. Вы научитесь программированию, не распыляясь на работу с памятью, а ещё освоите объектно-ориентированное программирование. ООП не стоит бояться: оно скорее упрощает работу, чем наоборот.

Значит ли это, что не стоит пробовать, если у вас нет опыта? Вовсе нет. Если вы действительно хотите работать именно с Java, то всё-таки сможете разобраться в ней с нуля: это зависит от вашей мотивации и того, сколько времени готовы на это потратить.

Резюмируем

Итак, Java — популярный мультифункциональный язык.

Она достаточно надёжная, быстрая, пригодится почти везде, и у неё несложный синтаксис по сравнению со многими другими языками. Да, есть языки ещё проще, но если у вас нет цели выбрать самый лёгкий, то Java — удачный средний вариант.

Java — замечательный выбор для веб-разработки, разработки приложений на Android, а также если вы хотите попробовать себя в объектно-ориентированном программировании.

Если вы всерьёз заинтересовались Java, то освоить этот язык вам поможет наш курс «Профессия Java-разработчик». Там вы не только освоите теорию, но и напишете свои первые программы на Java — в команде других разработчиков и под руководством наставника.

Что такое Java? История создания

Что такое Java?

Что знают о Java обычные пользователи персональных компьютеров и Internet ? Что говорят о нем разработчики, которые не занимаются этой технологией профессионально?

Java широко известна как новейший объектно-ориентированный язык, легкий в изучении и позволяющий создавать программы, которые могут исполняться на любой платформе без каких-либо доработок ( кроссплатформенность ). Еще с Java почему-то всегда связана тема кофе (изображения логотипов, названия продуктов и т.д.). Программисты могут добавить к этому описанию, что язык похож на упрощенный С или С++ с добавлением garbage collector’а — автоматического сборщика «мусора» ( механизм освобождения памяти, которая больше не используется программой ). Также известно, что Java ориентирована на Internet , и самое распространенное ее применение — небольшие программы, апплеты , которые запускаются в браузере и являются частью HTML -страниц.

Читать еще:  Код ошибки 10 порт не найден

Критики, в свою очередь , утверждают, что язык вовсе не так прост в применении, многие замечательные свойства лишь заявлены, а на самом деле не очень-то работают, а главное — программы на Java исполняются чрезвычайно медленно. Следовательно, это просто некая модная технология, которая только на время привлечет к себе внимание, а затем исчезнет, как и многие другие.

Однако некоторые факты не позволяют согласиться с такой оценкой. Во-первых, со времени официального объявления Java прошло достаточно много времени для «просто модной технологии». Во-вторых, конференция разработчиков Java One , которая впервые была организована в 1996 году, уже через год собрала более 10000 участников и стала крупнейшей конференцией по созданию программного обеспечения в мире (каждый следующий год число участников росло примерно на 5000). Специальная программа Sun , объединяющая разработчиков Java по всему миру, Java Developer Connection , также была запущена в 1996 году, через год она насчитывала более 100.000 разработчиков, а в 2000 году — более 1,5 миллионов. На сегодня число программистов на Java оценивается в 3 миллиона.

Было выпущено пять основных версий языка, начиная с 1.0 в 1995 году и заканчивая 1.4 в феврале 2002 года (21 сентября 2017 вышла 9я версия). Следующая версия 1.5 выпущена в 2004 году. Все версии и документацию к ним всегда можно было бесплатно получить на официальном web-сайте Java http://java.sun.com/. Один из первых продуктов для Java — JDK 1.1 (средство разработки на Java ) — в течение первых трех недель после объявления был загружен более 220.000 раз. Версия 1.4 была загружена более 2 миллионов раз за первые 5 месяцев. Практически все ведущие производители программного обеспечения лицензировали технологию Java и регулярно объявляют о выходе построенных на ней продуктов. Это и «голубой гигант» IBM , и создатель платформы Macintosh фирма Apple, и лидер в области реляционных БД Oracle , и даже главный конкурент фирмы Sun — корпорация Microsoft — лицензировала Java еще в марте 1996 года.

В следующем разделе описывается краткая история зарождения и развития идей, приведших к появлению Java , что поможет понять, чем на самом деле является эта технология, каковы ее свойства и отличительные черты, для чего она предназначена и откуда взялось такое разнообразие мнений о ней.

Как работает виртуальная машина Java — взгляд изнутри

    Блоги, 25 марта 2019 в 11:50

Рассказывает Роман Иванов

Каждому Java-разработчику будет очень полезно понимать, что из себя представляет JVM, как в неё попадает код и как он исполняется. Статья больше подойдёт новичкам, но найти в ней что-то новое смогут и более опытные программисты. В статье вкратце описано, как устроен class-файл и как виртуальная машина обрабатывает и исполняет байт-код.

Основной задачей разработчиков Java было создание переносимых приложений. JVM играет центральную роль в переносимости — она обеспечивает должный уровень абстракции между скомпилированной программой и базовой аппаратной платформой и операционной системой. Несмотря на этот дополнительный «слой», скорость работы приложений необычайно высока, потому что байт-код, который выполняет JVM, и она сама отлично оптимизированы.

Рассмотрим схему работы JVM более подробно.

Структура class-файла

Напишем простейшее приложение и скомпилируем его. Компилятор заботливо создаст файл с расширением class и поместит туда всю информацию о нашем мини-приложении для JVM. Что мы увидим внутри? Файл поделён на десять секций, последовательность которых строго задана и определяет всю структуру class-файла.

LATOKEN, Москва, от 3500 до 5000 $

Файл начинается со стартового (магического) числа: 0xCAFEBABE. Данное число присутствует в каждом классе и является обязательным флагом для JVM: с его помощью система понимает, что перед ней class-файл.

Следующие четыре байта class-файла содержат старший и младший номера версий Java. Они идентифицируют версию формата конкретного class-файла и позволяют JVM проверять, возможна ли его поддержка и загрузка. Каждая JVM имеет ограничение версии, которую она может загрузить — более поздние версии будут игнорироваться. Как видно на примере файла выше, у нас major версия 0x34 , что соответствует Java SE 8. Для Java SE 11 будет значение 0x37 .

С девятого байта идёт пул констант, в котором содержатся все константы нашего класса. Так как в каждом классе их может быть различное количество, то перед массивом находится переменная, указывающая на его длину, то есть пул констант представляет из себя массив переменной длины. Каждая константа занимает один элемент в массиве. Во всём class-файле константы указываются целочисленным индексом, который обозначает их положение в массиве. Начальная константа имеет индекс 1, вторая константа — 2 и т. д.

Каждый элемент пула констант начинается с однобайтового тега, определяющего его тип. Это позволяет JVM понять, как правильно обработать идущую далее константу. Всего зарезервировано 14 типов констант:

Например, если тег указывает, что константа является строкой, JVM получает значение тега 1 и обрабатывает следующее за тегом число как длину массива байт, которые необходимо считать, чтобы получить нужную нам строку полностью.

Прочитав блок с константами, JVM переходит к следующим двум байтам — флагам доступа, которые определяют, описывает этот файл класс или интерфейс, общедоступный или абстрактный, является ли класс финальным.

Имена класса и его родительского класса хранятся в массиве констант, на которые указывают последующие 4 байта в файле.

Немного иначе обстоят дела с интерфейсами. Так как класс может наследоваться от множества интерфейсов одновременно, то хранить необходимо массив ссылок на пул констант. То есть за определением класса и его родительского класса идёт число, характеризующее размер массива интерфейсов, и сам массив. Все возможные значения кодов представлены ниже.

Подобную структуру имеет и следующий блок — Fields.

Этот блок начинается с двухбайтового параметра количества полей в этом классе или интерфейсе. За ним идёт массив структур переменной длины. Каждая структура содержит информацию об одном поле: имя поля, тип, значение, если это, например, финальная переменная. В списке отображаются только те поля, которые были объявлены классом или интерфейсом, определённым в файле. Поля от родительских классов и имплементированных интерфейсов здесь не присутствуют, они задаются в своих class-файлах.

Далее мы переходим к самому важному месту в любом классе — его методам, именно в них сосредоточена вся логика любой программы, весь исполняемый байт-код.

Ситуация абсолютно аналогична описанным выше полям. В массиве переменной длины содержатся структуры, в которые входит полное описание сигнатуры метода: модификаторы доступа, имя метода и его атрибуты, которые также представляют из себя структуру, так как их может быть множество и каждый из них может принадлежать разным типам.

В последнем блоке идёт дополнительная мета-информация, например имя файла, который был скомпилирован. Она может присутствовать, а может и нет. В случае каких-то проблем JVM просто игнорирует этот блок.

Мы рассмотрели структуру файлов и готовы перейти к следующей части — загрузке class-файла в JVM и последующему выполнению байт-кода из этого класса. В качестве закрепления полученных знаний по структуре class-файла можете воспользоваться встроенным декомпилятором Java и посмотреть результат его выполнения с ключами -c -verbose (javap -c -verbose TestJava.class) .

Загрузка классов

Теперь, разобравшись с общей структурой файла, посмотрим, как JVM его обрабатывает.

Чтобы попасть в JVM, класс должен быть загружен. Для этого существуют специальные классы-загрузчики:

  1. Bootstrap — базовый загрузчик, загружает платформенные классы. Этот загрузчик является родителем всех остальных классов и частью платформы.
  2. Extension ClassLoader — загрузчик расширений, потомок Bootstrap-загрузчика. Загружает классы расширений, которые по умолчанию находятся в каталоге jre/lib/ext .
  3. AppClassLoader — системный загрузчик классов из classpath, который является непосредственным потомком Extension ClassLoader. Он загружает классы из каталогов и jar-файлов, указанных переменной среды CLASSPATH , системным свойством java.class.path или параметром командной строки -classpath .
  4. Собственный загрузчик — у приложения могут быть свои собственные загрузчики.

Главный класс приложения всегда загружается системным загрузчиком, остальные же классы могут быть загружены различными пользовательскими загрузчиками. Стоит упомянуть, что имя загрузчика создаёт уникальное пространство имён, то есть в программе может существовать несколько классов с одним и тем же полным именем, если они обрабатывались разными загрузчиками.
Поэтому каждый загрузчик делегирует свои полномочия родителю, то есть перед поиском класса для загрузки он попытается узнать, не был ли загружен нужный класс раньше.

После загрузки класса начинается этап линковки, который делится на три части.

  1. Верификация байт-кода. Это статический анализ кода, выполняется один раз для класса. Система проверяет, нет ли ошибок в байт-коде. Например, проверяет корректность инструкций, переполнение стека и совместимость типов переменных.
  2. Выделение памяти под статические поля и их инициализация.
  3. Разрешение символьных ссылок — JVM подставляет ссылки на другие классы, методы и поля. В большинстве случаев это происходит лениво, то есть при первом обращении к классу.
Читать еще:  Ошибка 633 модем используется

Класс инициализируется, и JVM может начать выполнение байт-кода методов.

JVM получает один поток байтовых кодов для каждого метода в классе. Байт-код метода выполняется, когда этот метод вызывается в ходе работы программы. Поток байт-кода метода — это последовательность инструкций для виртуальной машины Java. Каждая инструкция состоит из однобайтового кода операции, за которым может следовать несколько операндов. Код операции указывает действие, которое нужно предпринять. Всего на данный момент в Java более 200 операций. Все коды операций занимают только 1 байт, так как они были разработаны компактными, поэтому их максимальное число не может превысить 256 штук.

В основе работы JVM находится стек — основные инструкции работают с ним.

Рассмотрим пример умножения двух чисел. Ниже представлен байт-код метода:

На Java это будет выглядеть так:

По листингу выше можно заметить, что коды операций сами по себе указывают тип и значение. Например, код операции iconst_1 указывает JVM на целочисленное значение, равное единице. Такие байт-коды определены для самых часто используемых констант. Эти инструкции занимают 1 байт и введены специально для повышения эффективности выполнения байт-кода и уменьшения размера его потока. Подобные короткие константы также присутствуют и для других типов данных.

Всего JVM поддерживает семь примитивных типов данных: byte, short, int, long, float, double и char.

Если бы мы хотели положить в переменную а другое значение, например 11112, то нам пришлось бы использовать инструкцию sipush :

Данные операции выполняются в так называемом фрейме стека метода. У каждого метода есть некоторая своя часть в общем стеке. Таким образом в нашем главном потоке исполнения программы создаются множество подстеков на каждый вызов метода. Более наглядно это представлено на картинке ниже:

В каждом стек-фрейме хранится массив локальных переменных, который позволяет сохранять и доставать локальные переменные, как мы сделали в примере выше, поместив значения 1 и 5 в переменные 1 и 2. Стоить отметить, что здесь компилятор также оптимизировал байт-код, используя однобайтовые инструкции. Если бы переменных в нашем методе было много, использовался бы код операции сохранения значения вместе с указанием позиции переменной в массиве.

Чтобы достучаться до пула констант класса и получить нужное значение, используются инструкции lcd и lcd_w . При этом lcd может ссылаться только на константы с индексами от 1 до 255, поскольку размер её операнда составляет всего 1 байт. Lcd_w имеет 2-байтовый индекс, поэтому может ссылаться на более широкий диапазон индексов.

Вызовы методов

Java предоставляет два основных вида методов: методы экземпляра и методы класса. Методы экземпляра используют динамическое (позднее) связывание, тогда как методы класса используют статическое (раннее) связывание.

Виртуальная машина Java вызывает метод класса, выбирая его на основании типа ссылки на объект, который всегда известен во время компиляции. С другой стороны, когда виртуальная машина вызывает метод экземпляра, она выбирает метод для вызова на основе фактического класса объекта, который может быть известен только во время выполнения. Поэтому для вызова методов используются разные инструкции: invokevirtual и invokestatic . Данные функции ссылаются на запись в пуле констант в виде полного пути к необходимой функции. Виртуальная машина снимает нужное количество переменных со стека и передает в метод.

Возвращаемое методом значение кладётся на стек. Типы возвращаемых значений методов указаны ниже:

Что такое ява

JVM имеет две основные функции:

  1. Позволяет запускать Java приложения на любых устройствах или операционных системах (принцип – «Написал один раз, запускай везде»)
  2. Управляет и оптимизирует память, используемую приложением

В 1995 году, когда Java появилась, все компьютерные программы были написаны под определенныеоперационные системы и управлять памятью приходилось разработчику программного обеспечения. Так что появление JVM было революцией

Существует техническое определение JVM, а также его повседневная формулировка:

  • Техническое определение: JVM – это программное обеспечение, которое выполняет код и предоставляет среду выполнения для этого кода
  • Повседневная формулировка: JVM – это способ запуска наших Java приложений. Мы настраиваем параметры JVM, а затем полагаемся на нее автоматическое управление ресурсами программы во время выполнения

Когда разработчики говорят о JVM, обычно имеют в виду процесс, запущенный на устройстве, который предоставляет и контролирует использование ресурсов Java приложением. Спецификация JVM описывает требования для разработки программ, выполняющих эти задачи

До Java вся память программы управлялась программистом. В Java память программ управляется виртуальной машиной Java. JVM управляет памятью через процесс, названный сборкой мусора, который непрерывно определяет и устраняет неиспользуемую память в программах. Сборка мусора происходит внутри работающей JVM

В ранний период Java подвергалась критике, так как не была «Close to the metal» как C++ и поэтому не была такой быстрой. Процесс сборки мусора был особенно спорным. С тех пор для сборки мусора были предложены и использованы различные алгоритмы и подходы. Благодаря последовательной разработке и оптимизации сборка мусора значительно улучшилась

Первая часть JVM – спецификация программного обеспечения в которой не определены детали реализации JVM, чтобы обеспечить максимальную свободу творчества при ее создании:

«Для правильной реализации виртуальной машины Java, вам нужно только прочитать файл формата class и правильно выполнить операции, указанные в нем»

Себастьян Бах однажды писал о создании музыки похожим образом:

«Все что вам нужно делать, это нажимать нужную клавишу в нужное время»

Таким образом, все что JVM должна делать, это корректно запускать Java программы. Звучит просто, может даже выглядеть просто со стороны, но это колоссальная задача, особенно, если учитывать мощь и гибкость языка Java

Реализация спецификации JVM – это готовая JVM. Существует множество различных реализаций JVM как коммерческих, так и с открытым исходным кодом. JVM HotSpot от проекта OpenJDK является эталонной реализацией и содержит наиболее тщательно проверенную в мире кодовых баз. HotSpot также является самой широко используемой JVM

Почти все лицензированные JVM созданы, как ответвление от OpenJDK и HotSpot JVM, включая лицензионный JDK от Oracle. Разработчики, создающие лицензированные продукты на основе OpenJDK, зачастую мотивируются желанием увеличить производительность для определенных операционных систем. Обычно пользователи загружают и устанавливают JVM, как часть среды выполнения Java (JRE)

После того, как спецификация JVM реализована и выпущена, как программное обеспечение, вы можете загрузить ее, как приложение. Загруженная программа является экземпляром виртуальной машины

В большинстве случаев, говоря о JVM, имеют в виду экземпляр JVM, который работает в среде разработки или производства программного обеспечения. Вы можете сказать: «Привет Макс, сколько памяти использует JVM на этом сервере?» или «Я не могу поверить, я сделал зацикленный вызов, и переполнение стека сломало мою JVM. Ошибка новичка!»

Все в Java является классом, и все Java приложения состоят из классов. Приложение может состоять из одного или тысячи классов. Для запуска Java-приложения JVM должна загрузить скомпилированные .class-файлы в контекст, такой как сервер, где они будут доступны. JVM зависит от своего загрузчика класса во время выполнения этой функции

Загрузчик классов Java является частью JVM, которая загружает классы в память и делает их доступными для выполнения. Загрузчики классов используют технику отложенной загрузки (lazy-loading) и кэширования, чтобы сделать загрузку классов максимально эффективной

Любая виртуальная машина Java включает в себя загрузчик классов. Спецификация JVM описывает стандартные методы для запросов и управления загрузчиком во время работы, но за выполнение этих возможностей отвечает конкретная реализация JVM

Как только загрузчик классов выполнил свою работу по загрузке классов, JVM начинает выполнять код каждого класса. Механизм выполнения необходим для работы JVM

Выполнение кода включает управление доступом к системным ресурсам. Механизм выполнения JVM стоит между работой программы, с ее запросами на файловые, сетевые ресурсы и ресурсы памяти, и операционной системой, которая обеспечивает эти ресурсы

Системные ресурсы могут быть разделены на две больших категории: память и все остальное

Вспомните, что JVM отвечает за очистку неиспользуемой памяти, а сборщик мусора – это механизм, который эту очистку осуществляет. JVM также отвечает за распределение и поддержание ссылочной структуры, которую разработчик принимает, как должное. Например, при использовании ключевого слова new, механизм выполнения JVM осуществляет запрос к операционной системе на выделение памяти

Помимо памяти, механизм выполнения управляет ресурсами файловой системы и сети. Так как JVM может взаимодействовать с разными операционными системами, это задача не из легких. В дополнение к потребностям каждого приложения в ресурсах, механизм выполнения должен корректно работать с каждой операционной системой

В 1995 году, JVM представила две революционных концепции, которые с тех пор стали стандартом в современной разработке: «Написал один раз, запускай везде» и автоматическое управление памятью. В то время совместимость ПО была смелой концепцией, но сейчас это незаменимое удобство. Точно так же, в то время разработчики должны были сами управлять программной памятью, нынешнее поколение живет с автоматической сборкой мусора

Изначально виртуальная машина Java предназначалась только для Java, но сегодня она может поддерживать разные скриптовые и другие языки программирования, включая Scala, Groovy и Kotlin. Глядя вперед, трудно увидеть будущее, в котором JVM не является заметной частью развития разработки программного обеспечения

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты 220 Вольт
Adblock
detector