Перейти к содержанию

0. Java. JVM, JRE, JDK. Среды разработки. Системы сборки.

О языке Java

На сегодняшний момент язык Java является одним из самых распространенных и популярных языков программирования.

Первая версия языка была разработана еще в 1996 году в недрах компании Sun Microsystems, впоследствии поглощенной компанией Oracle. Java задумывался как универсальный язык программирования, который можно применять для различного рода задач.

Текущей версией является Java 17, которая вышла в сентябре 2021 года, а наиболее поддерживаемой сейчас - Java 11.

Java превратилась из просто универсального языка в целую платформу и экосистему, которая объединяет различные технологии, используемые для целого ряда задач: от создания десктопных приложений до написания крупных веб-порталов и сервисов. Кроме того, экосистема Java активно применяется для создания программного обеспечения для множества устройств: обычных ПК, планшетов, смартфонов и мобильных телефонов и даже бытовой техники. Достаточно вспомнить популярность мобильной ОС Android, большинство программ для которой пишутся именно на языках экосистемы Java.

Особенности и архитектура Java

Ключевой особенностью языка Java является то, что его код сначала компилируется в специальный байт-код, независимый от платформы. А затем этот байт-код выполняется виртуальной машиной JVM (Java Virtual Machine) (он может как интерпретироваться,так и компилироваться). Эталонной реализацией JVM является HotSpot JVM.

В этом плане Java отличается от стандартных интерпретируемых языков как Python или Ruby, код которых сразу же выполняется интерпретатором. В то же время Java не является чисто компилируемым языком, как С/C++ или Pascal.

Рисунок 1. Архитектура и принцип работы Java

Рисунок 1. Архитектура и принцип работы Java

Подобная архитектура обеспечивает кроссплатформенность и аппаратную переносимость программ на Java, благодаря чему подобные программы без перекомпиляции могут выполняться на различных платформах - Windows, Linux, Mac OS и др. Для каждой из платформ должна быть своя реализация виртуальной машины JVM, но каждая из этих реализаций может выполнять один и тот же код.

Java является языком с C-подобным синтаксисом и близок в этом отношении к C/C++, C# и D. Поэтому, если вы знакомы с одним из этих языков, то овладеть Java будет легче.

Еще одной ключевой особенностью Java является то, что она поддерживает автоматическую сборку мусора. А это значит, что вам не надо освобождать вручную память от ранее использовавшихся объектов, как в С++, так как сборщик мусора это сделает автоматически за вас.

Рисунок 2. Подробная архитектура JVM

Рисунок 2. Архитектура JVM

Java является объектно-ориентированным языком. Он поддерживает полиморфизм, наследование, статическую типизацию. Объектно-ориентированный подход позволяет решить задачи по построению крупных, но в тоже время гибких, масштабируемых и расширяемых приложений.

JDK. Oracle JDK и OpenJDK

Для работы Java недостаточно одной лишь JVM. Также требуется общая библиотека классов и другие вспомогательные инструменты. Распространяемый комплект, позволяющий запустить любое Java приложение, называется Java Runtime Environment или JRE. Он содержит в себе JVM и дополнительные инструменты.

Для разработки на языке программирования Java потребуется специальный комплект инструментов, который называется Java Development Kit или JDK. Этот комплект инструментов включают в себя компилятор, отладчик, JRE, документацию и другие инструменты.

Стоит отметить, что существуют разные реализации JDK, хотя все они используют один и тот же язык - Java. Две наиболее популярных реализации - Oracle JDK и дистрибутивы OpenJDK.

Oracle JDK всецело развивается компанией Oracle. OpenJDK же развивается Oracle и рядом других крупных и не очень компаний.

Наибольшие различия с точки зрения лицензирования. OpenJDK полностью бесплатна для любых сценариев использования, а Oracle JDK бесплатна для персональных нужд, а для коммерческих целей и поддержки потребуется приобрести лицензию. В плане функционала, набора возможностей Oracle JDK и OpenJDK практически не должны отличаться.

Наиболее распространнеными дистрибутивами OpenJDK являются AdoptOpenJDK и LibericaJDK.

Пример компиляции Java-кода из командной строки

Для разработки на Java достаточно любого текстового редактора(Notepad, Vim, Visual Studio Code и т.д.) и компилятора javac из комплекта JDK.

Создадим текстовый файл Main.java со следующим содержанием: Простейшая программа

Рисунок 3. Простейшая программа

Данная программа выводит текст Hello, World на экран консоли.

Для компиляции нашей программы в байт-код выполним команду: 

javac .\Main.java

В результате получится файл с названием Main.class. Это скомпилированный байт-код.

Для запуска JVM и выполнения нашего байт-кода запустим следующую команду 

java Main

Результат показан ниже: Результат компиляции и запуска

Рисунок 4. Простейшая программа

Среда разработки BlueJ

В реальности, как правило, крупные программы разрабатываются не при помощи простого текстового редактора, а с использованием таких средств как IDE или интегрированные среды разработки, которые упрощают и ускоряют написание кода и создание приложений.

Для новичков может быть рекомендована среда разработки BlueJ, которая имеет простой интерфейс и прекрасно подходит для обучения.

Рисунок 5. Среда BlueJ

Рисунок 5. Среда BlueJ

Основное окно системы BlueJ показано на рисунке 6.

Рисунок 6. Основное окно BlueJ

Рисунок 6. Основное окно BlueJ

Окно содержит главное меню системы, управляющие кнопки, окно проекта, стенд объектов, окно команд (окно кода) и индикатор работы виртуальной машины Java.

Окно редактора можно открыть, если дважды кликнуть на соответствующий класс в окне проекта. Окно редактора с нужным текстом показано на рисунке 7.

Рисунок 7. Окно текстового редактора

Рисунок 7. Окно текстового редактора

Запуск проекта осуществляется с помощью контекстного меню, которое можно открыть при клике правой кнопкой мыши на соответствующем классе.

Рисунок 8. Контекстное меню класса

Рисунок 8. Контекстное меню класса и доступные методы, в т.ч. метод main

Результат работы программы выводятся в окно терминала (рисунок 9). (Если окна терминала нет, в главном окне выберите Виды – Показать терминал).

Рисунок 9. Окно терминала. Результат выполнения программы

Рисунок 9. Окно терминала. Результат выполнения программы

⭐ Среда разработки IntelliJ IDEA

Самой популярной средой разработки для Java является IntelliJ IDEA от компании JetBrains (по ряду опросов на момент середины 2021 ею пользовалось до 70% разработчиков на Java).

При создании проекта мы можем увидеть следующее окно (рисунок 10). Здесь мы можем создать новый проект (рисунок 11), открыть уже созданный, либо открыть проект из системы контроля версий. Подробнее про создание проекта можно почитать в официальном туториале.

Главное окно среды показано на рисунке 12.

Рисунок 10. Приветственное окно

Рисунок 10. Среда IntelliJ IDEA

Рисунок 11. Окно создания нового проекта

Рисунок 11. Среда IntelliJ IDEA

Рисунок 12. Среда IntelliJ

Рисунок 12. Среда IntelliJ IDEA

Скачать данную среду можно с официального сайта. По этому адресу можно найти установочые образы для Windows, MacOS, Linux. Кроме того, сама среда доступна в двух версиях - Ultimate (платная с триальным бесплатным периодом) и Community (бесплатная). Для обучения рекомендуется бесплатная версия Community.

⭐ Системы сборки. Gradle

Ручная сборка или ручное управление зависимостями это хорошо, но не эффективно. Разработчики - очень ленивые люди и не хотят писать заново то, что кто-то уже написал для своего проекта. Для решения подобных проблем появились в свет системы сборки проектов, которые автоматизируют этот процесс. Кроме того, позволяют с одной стороны собрать Вам проект так, как Вы этого хотите, с другой стороны предоставляют вам более менее стандартизированные средства.

В экосистеме Java представлено 3 распространненных системы сборки - Ant, Maven и Gradle.

Альтернативой Gradle является система автоматической сборки Maven. Эти две системы сборки с одной стороны разные, а с другой стороны имеют и ряд сходств. На эту тему на сайте Gradle есть материалы.

Преимущества использования Gradle:

  • Удобная и расширяемая система сборки проектов
  • Управление зависимостями
  • Запуск юнит-тестов и другие дополнительные проверки
  • Процессинг ресурсов

Рисунок 13. Граф задач Gradle

Рисунок 13. Граф задач Gradle

Gradle и Maven имеют разницу во взгляде на то, как собирать проект. Gradle основан на графе задач (task), которые могут зависеть друг от друга. Задачи выполняют какую-то работу. Maven же использует модель определённых фаз (phase), к которым присоединяются определённые "цели" (goals). В этих goals и выполняется какая-то работа. Однако, при таких разных подходах обе системы сборки следуют одному соглашению и управление зависимостями происходит схоже.

Чтобы начать использовать Gradle необходимо его скачать с сайта, либо использовать IntelliJ IDEA, которая скачает его автоматически при создании/клонировании проекта. Установка подробно описана здесь. Во всех случаях рекомендованным способом запуска Gradle является gradlew, утилита командной строки.

Для запуска любой задачи Gradle можно использовать следующую команду:

gradlew <task_name>

Рисунок 14. Запуск при помощи терминала Windows Terminal

Рисунок 14. Пример запуска Gradle в терминале

В Gradle процесс сборки - это последовательное выполнение задач, называемых task в соответствии с графом задач выше. Задачи(их еще называют таски) предоставляются различными плагинами (plugins). Плагины могут как добавлять новые задачи, так и становиться зависимостями других задач. Подробнее про плагины можно прочитать в официальной документации.

Gradle Build Script – файл build.gradle, главный файл, в котором описывается то, какие библиотеки и фреймворки использует проект, какие плагины нужно подключить к проекту и описывает различные таски. Подробнее про данный файл тут.

Cтруктура Gradle Project:

  • src/main/java - Место содержащее исходники на языке Java
  • src/test/java - Место содержащее все исходные коды модульных тестов
  • build.gradle - Файл, описывающий задачи, плагины, зависимости приложения, главный файл Gradle
  • settings.gradle - Файл содержаций нужные настройки.

Полностью сконфигурированный проект, рекомендуемый для обучения с использованием Gradle, расположен здесь:

readonlyden/GradleTemplate 

// Используемые плагины
plugins {
    id 'java'
    id 'application'
}

// Метаинформация про наш проект
group 'org.example'
// Версия проекта
version '1.0-SNAPSHOT'

// Репозиторий библиотек
repositories {
    mavenCentral()
}

// Зависимости
dependencies {
    // Подключаем библиотеку для тестирования
    testImplementation 'org.junit.jupiter:junit-jupiter-api:5.7.2'
    testRuntimeOnly 'org.junit.jupiter:junit-jupiter-engine:5.7.2'
}

// Настройка задачи test
test {
    useJUnitPlatform()
}

// Настройка плагина application
application {
    mainClass = 'Main' // Главный класс приложения
}

// Настройка задачи application:run
run {
    standardInput = System.in // Подключаем стандартный поток ввода
}

При открытии проекта в IntelliJ IDEA она автоматически установит gradlew и восстановит зависимости. Для запуска задач в gradle есть специальное меню (рисунок 15). На рисунке 16 показан результат запуска проекта.

Рисунок 15. Меню Gradle в IntelliJ IDEA

Рисунок 15. Меню Gradle в IntelliJ IDEA

Рисунок 16. Результат запуска Gradle в IntelliJ

Рисунок 16. Результат запуска Gradle в IntelliJ

К началу