Java (linguaggio)

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Il linguaggio Java è un linguaggio di programmazione orientato agli oggetti, derivato dal C++ (e quindi indirettamente dal C) e creato da James Gosling e altri ingegneri di Sun Microsystems. Il gruppo iniziò a lavorare nel 1991, il linguaggio inizialmente si chiamava Oak. Il nome fu successivamente cambiato in Java a causa di un problema di copyright (il linguaggio di programmazione Oak esisteva già nel 1991). Java fu annunciato ufficialmente il 23 maggio 1995 a SunWorld. La piattaforma di programmazione Java è fondata sul linguaggio stesso, sulla Java Virtual Machine (JVM) e sulle API. Java è un marchio registrato di Sun Microsystems. Il 13 novembre 2006 la Sun Microsystems ha rilasciato Java sotto licenza GPL: Java è diventato così un linguaggio di programmazione open source.

[modifica] Panoramica

Java venne creato per soddisfare quattro scopi:

essere orientato agli oggetti
essere indipendente dalla piattaforma
contenere strumenti e librerie per il networking
essere progettato per eseguire codice da sorgenti remote in modo sicuro

Per facilitare il passaggio a questo linguaggio per i programmatori old-fashioned legati in particolare a linguaggi come il C la sintassi di base (cicli, operatori, ...) è stata mantenuta pressoché identica..

[modifica] Orientamento agli Oggetti

La prima caratteristica, l'orientamento agli oggetti, si riferisce a un moderno metodo di programmazione e progettazione. L'idea principale della programmazione ad oggetti consiste nel rendere il software la rappresentazione di entità reali o astratte ma ben definite (oggetti). Questi oggetti, come nella vita pratica, hanno proprietà rappresentate da valori, e qualità o meglio metodi: ciò che sanno fare questi oggetti. Si pensi ad una automobile: ha delle proprietà come il colore o il numero di porte, e dei metodi, per esempio può girare a destra o sinistra, andare avanti o indietro, accelerare, decelerare ecc. Riportando la programmazione in questi termini è facile capire come questo renda più facile la gestione di grandi progetti, migliorarne la qualità e la mantenibilità.

[modifica] Ereditarietà

L'eredità in java è implementata mediante il comando extends applicato dopo la dichiarazione di una classe

public class Quadrato extends Quadrilatero

Una classe estende sempre una e una sola altra classe, ma può a sua volta essere estesa da un numero arbitrario di classi, se non specificato la classe estende di norma la classe Object

Questo sistema rende disponibile un modo per creare gerarchie di classi ben definite, ad esempio una classe Quadrilatero può definire alcuni comportamenti generali per tutte le figure geometriche con 4 lati, tuttavia si può presentare la necessità di aver bisogno di caratteristiche più specifiche per i nostri oggetti, quindi creiamo una classe Quadrato che estende la classe Quadrilatero da cui deriva tutti gli attributi (le variabili di istanza) e tutti i comportamenti (i metodi di istanza) relativi ad un qualunque quadrilatero, salvo poi riscrivere (overriding) quei comportamenti che sono prettamente associati ai quadrati (come ad esempio avere 4 lati uguali).

L'overriding si attua semplicemente scrivendo all'interno della classe che estende (in questo caso la classe Quadrato) il metodo che vogliamo riscrivere, utilizzando la stessa firma del relativo metodo della superclasse (deve avere lo stesso nome e gli stessi attributi, in numero e tipo)

È bene puntualizzare, quindi, che la tecnica dell'ereditarietà serve per specificare e specializzare un determinato comportamento, non viceversa. In java non è prevista l'ereditarietà multipla(una classe può avere al più una superclasse).

[modifica] Interfacce

L'utilizzo di una interfaccia in java consente a tutti gli oggetti che implementano di unificare il loro comportamento. Ovvero l'oggetto interface in java è una semplice dichiarazione di metodi che tutte le classi che implementano l'interfaccia devono realizzare al loro interno.

 public class Quadrato implements Poligoni

dove l'interfaccia Poligoni, è strutturata in tal modo:

 public interface Poligoni{
    public int calcolaPerimetro();
    public int calcolaArea();
 }

Con l'implementazione dell'interfaccia la classe Quadrato deve contenere al suo interno i metodi calcolaPerimento e calcolaArea propri che non possono essere ereditati dalla classe padre. L'utilizzo delle interfacce viene usato quando si hanno delle gerarchie di oggetti, o oggetti semplici che possiedono delle operazioni comuni (metodi), ma l'implementazione di queste sono differenti una dall'altra.

[modifica] Indipendenza dalla piattaforma

La seconda caratteristica, l'indipendenza dalla piattaforma, significa che l'esecuzione di programmi scritti in Java deve avere un comportamento simile su hardware diverso. Si dovrebbe essere in grado di scrivere il programma una volta e farlo eseguire dovunque. Questo è possibile con la compilazione del codice di Java in un linguaggio intermedio bytecode, basato su istruzioni semplificate che ricalcano il linguaggio macchina. Esso viene eseguito da una virtual machine, cioè da un interprete: Java è quindi, in linea di massima, un linguaggio interpretato. Inoltre, vengono fornite librerie standardizzate per permettere l'accesso alle caratteristiche della macchina (come grafica e networking) in modo unificato. Il linguaggio Java include anche il supporto per i programmi con multithread, necessario per molte applicazioni che usano la rete.

La portabilità è un obiettivo tecnicamente difficile da raggiungere, e il successo di Java in questo ambito è materia di alcune controversie. Sebbene sia in effetti possibile scrivere in Java programmi che si comportano in modo consistente attraverso molte piattaforme diverse, bisogna tenere presente che questi poi dipendono dalle virtual machine, che sono programmi a sé e che hanno inevitabilmente i loro bug, diversi dall'una all'altra: per questo è nata una parodia dello slogan di Sun "Scrivi una volta, esegui dovunque" ("write once, run everywhere"), che è diventato "Scrivi una volta, fai il debug ovunque".

[modifica] Compilazione Just-In-Time

Le prime implementazioni del linguaggio usavano una virtual machine che intepretava il bytecode per ottenere la massima portabilità, definita Architecture Neutral. Questa soluzione si è però rivelata poco efficiente, in quanto i programmi interpretati erano molto lenti. Per questo, tutte le implementazioni recenti di macchine virtuali Java hanno incorporato un JIT compiler, cioè un compilatore interno, che al momento del lancio traduce al volo il programma bytecode Java in un normale programma nel linguaggio macchina del computer ospite. Inoltre, questa ricompilazione è dinamica, cioè la virtual machine analizza costantemente il modello di esecuzione del codice (profiling), e ottimizza ulteriormente le parti più frequentemente eseguite, mentre il programma è in esecuzione. Questi accorgimenti, a prezzo di una piccola attesa in fase di lancio del programma, permettono di avere delle applicazioni Java decisamente più veloci e leggere. Tuttavia, anche così Java resta un linguaggio meno efficiente dei linguaggi compilati come il C++, scontando il fatto di possedere degli strati di astrazione in più, e di implementare una serie di automatismi, come il garbage collection, che se da un lato fanno risparmiare tempo ed errori in fase di sviluppo dei programmi, dall'altro consumano memoria e tempo di CPU in fase di esecuzione del programma finito.

[modifica] Esecuzione sicura del codice remoto

La piattaforma Java fu uno dei primi sistemi a fornire un largo supporto per l'esecuzione del codice da sorgenti remote. Un Java applet è un particolare tipo di applicazione che può essere avviata all'interno del browser dell'utente, eseguendo codice scaricato da un server web remoto. Questo codice viene eseguito in un'area (sandbox) altamente ristretta, che protegge l'utente dalla possibilità che il codice sia malevolo o abbia un comportamento non desiderato; chi pubblica il codice può applicare un certificato che usa per firmare digitalmente le applet dichiarandole "sicure", dando loro il permesso di uscire dall'area ristretta e accedere al filesystem e al network, presumibilmente con l'approvazione e sotto il controllo dell'utente. In realtà gli applet non hanno avuto molta fortuna. Infatti presuppone che il client in cui essi vengono eseguiti abbia installata la JRE (deve eseguire il codice dell'applet). Hanno avuto fortuna le applicazioni che prevedono il cosiddetto thin-client, cioè un client 'leggero' che non ha bisogno di particolari strumenti per eseguire il codice remoto (a volte è necessario solo il browser).

[modifica] Altri aspetti di interesse

Rispetto alla tradizione dei linguaggi a oggetti da cui deriva (e in particolare rispetto al suo diretto progenitore, il C++), Java ha introdotto una serie di notevoli novità rispetto all'estensione della sua semantica. Fra le più significative si possono citare probabilmente la possibilità di costruire GUI (interfacce grafiche) con strumenti standard e non proprietari (per il C++ e altri linguaggi analoghi solitamente le GUI non fanno parte del linguaggio, ma sono delegate a librerie esterne), la possibilità di creare applicazioni multi-thread, ovvero che svolgono in modo concorrente molteplici attività, e il supporto per la riflessione, ovvero la capacità di un programma di agire sulla propria struttura e di utilizzare classi caricate dinamicamente dall'esterno.

Fra gli argomenti che depongono spesso a favore di Java nella scelta del linguaggio di implementazione di un progetto software moderno, inoltre, si deve certamente contare la vastità delle librerie standard di cui il linguaggio è dotato, e che in particolare contribuiscono a renderlo altamente integrabile con le altre tecnologie. Alcuni esempi di funzionalità di libreria di Java sono:

accesso ai database tramite JDBC e ai DBMS con driver ODBC tramite il bridge JDBC-ODBC
manipolazione documenti XML
dialogo con piattaforme CORBA
potenti strumenti per la programmazione lato server nel contesto Web
supporto nativo per gran parte dei protocolli della famiglia IP
supporto per le applicazioni multimediali, streaming audio e video

[modifica] Valutazione

Secondo molte persone, la tecnologia Java raggiunge ragionevolmente bene tutti i suoi obiettivi. Il linguaggio comunque non è privo di incertezze. Java tende ad essere più ad alto livello di altri linguaggi simili (come il C++); questo comporta carenze in alcune caratteristiche come i tipi di dati specifici, puntatori alla memoria di basso livello e metodi di programmazione come l'overloading degli operatori.

Nonostante queste caratteristiche siano abusate frequentemente dai programmatori, esse sono anche strumenti potenti. Comunque, la tecnologia Java include Java Native Interface (JNI), un modo per chiamare codice nativo da codice Java. Con JNI è quindi possibile ugualmente usare queste caratteristiche.

Alcuni programmatori lamentano anche la mancanza dell'ereditarietà multipla, un potente mezzo di molti linguaggi orientati agli oggetti, tra cui il C++. Il linguaggio Java separa l'ereditarietà del tipo dall'implementazione, permettendo l'ereditarietà multipla dei tipi attraverso le interfacce. Questo permette di ottenere la maggior parte dei benefici dell'ereditarietà multipla evitando molti dei suoi pericoli. Inoltre, attraverso l'uso di classi concrete, classi astratte e interfacce, un programmatore ha la possibilità di scegliere un grado nullo, parziale o completo di implementazione dell'oggetto che definisce, essendo assicurata la massima flessibilità nella progettazione.

Alcune persone pensano che per particolari progetti, la programmazione orientata agli oggetti renda il lavoro più difficile. Questa particolare lamentela non è peculiare di Java, ma è rivolta a tutti i linguaggi di questo tipo. Per contro, la gran parte delle aziende che sviluppano software ha eseguito da tempo il "salto" verso questo nuovo tipo di tecnologie.

[modifica] Linguaggio

[modifica] Hello, world!

Il seguente esempio stampa il testo "Hello world".

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello world!");
    }
}

Segue l'analisi riga per riga del frammento di codice:

public class HelloWorld

La classe porta il nome HelloWorld e, poiché e' dichiarata "public", significa che anche il nome del file nel quale verra' scritto il programma dovra' chiamarsi HelloWorld.java. Quindi il nome del file .java e il nome della classe "pubblica" devono coincidere!

public static void main(String[] args)

La classe HelloWorld contiene un unico metodo, che si chiama "main". È un nome particolare. In effetti, al caricamento della classe, l'interprete java cerchera' il metodo che portera' questo nome. È "public" perché il metodo deve essere raggiungibile da qualsiasi classe, e in particolare, dallo stesso interprete. È "static" perché non deve essere invocato su un oggetto particolare (detto "d'invocazione"). È "void" perché non deve ritornare nessun valore.

Il parametro args si riferisce all'array di stringhe passato all'interprete al momento del suo avvio. Se, per esempio scrivo

C:\>java HelloWorld xxxx yyyy

la stringa xxxx sara' caricata nella variabile args[0] mentre yyyy sara' caricata nella variabile args[1].

System.out.println("Hello world");

Questa operazione stampa sullo schermo la scritta "Hello world". Entrando piu' nel dettaglio, il metodo println() viene invocato su un oggetto statico di tipo PrintStream chiamato "out", il quale, a sua volta si trova all'interno della classe System.

[modifica] Strutture di controllo

Per approfondire, vedi la voce Strutture di controllo in Java.

[modifica] Cicli

while (boolean expression) {
    statement(s)
}

do {
    statement(s)
} while (boolean expression);

for (initialisation; termination condition; incrementing expr) {
    statement(s)
}

[modifica] Alternative

if (boolean expression) {
    statement(s)
}

if (boolean expression) {
    statement(s)
} else {
    statement(s)
}

if (boolean expression) {
    statement(s)
} else if (boolean expression) {
    statement(s)
} else if (boolean expression) {
    statement(s)
} else {
    statement(s)
}

switch (integer expression) {
    case constant integer expr:
         statement(s)
         break;
    ...
    default:
         statement(s)
         break;
}

(boolean expression)?(statement on true condition):(statement on false condition)

[modifica] Gestione delle eccezioni

Per approfondire, vedi la voce Gestione delle eccezioni in Java.

try {
    statement(s)
} catch (exception type) {
    statement(s)
} catch (exception type) {
    statement(s)
} finally {
    statement(s)
}

[modifica] Salti

È possibile inserire un'etichetta prima di ogni dichiarazione

myLabel: aJavaStatement;

Il comando

break;

termina il ciclo corrente.

Nel caso di cicli annidati, il break con label può essere usato per terminare uno qualsiasi di tali cicli:

break cicloEsterno;

Un'espressione continue termina l'iterazione corrente e inizia quella successiva

continue;

Il continue con una label può essere usato per passare alla prossima iterazione di uno qualsiasi di un insieme di cicli annidati:

continue cicloEsterno;

[modifica] Tipi Primitivi

Tipo di variabile	Descrizione
byte	intero con segno a 8 bit
short	intero con segno a 16 bit
int	intero con segno a 32 bit
long	intero con segno a 64 bit
float	virgola mobile a 32 bit singola precisione (standard IEEE 754)
double	virgola mobile a 64 bit doppia precisione (standard IEEE 754)
char	carattere singolo Unicode
boolean	vero o falso

I caratteri usano la codifica a 16 bit Unicode. Contiene tutti i caratteri usuali, oltre a tutti i set di caratteri di molte lingue come Greco, Cirillico, Cinese, Arabo, ecc. In Java si possono usare tutti questi caratteri, anche se molti editor non hanno il supporto per i set di caratteri diversi dal ASCII. Gli Array e le stringhe non sono tipi primitivi ma oggetti.

[modifica] Versioni

JDK 1.0 1996, Solaris, Windows, Mac OS Classic, Linux
JDK 1.1 1997, Solaris, Windows, Mac OS Classic, Linux
JDK 1.2 1998 (Da qui Java 2 Platform), Solaris, Windows, Linux, ?
JDK 1.3 2000, Solaris, Windows, Mac OS X,
JDK 1.4 2002, Solaris, Windows, Mac OS X, Linux
JDK 1.5 2004, Solaris, Windows, Mac OS X, Linux
JDK 1.6 2006, Solaris, Windows, Mac OS X, Linux

Java fu inizialmente rilasciato come Java Development Kit 1.0 (JDK 1.0). Questo comprende Java Runtime (la virtual machine e le librerie di classi), e gli strumenti di sviluppo (es. il compilatore Java). Successivamente, Sun fornì un pacchetto che comprendeva solo Java runtime, chiamato Java RunTime Environment (JRE). Normalmente le persone si riferiscono ad una particolare versione di Java attraverso la versione del JDK (es. JDK 1.4) Le versioni JDK 1.2 e successive sono spesso chiamate Java 2. Per esempio, il nome ufficiale del JDK 1.4 è Java(TM) 2 Platform, Standard Edition 1.4.

Il linguaggio è rimasto stabile dal JDK 1.0; la libreria di classi che viene fornita con JDK è stata progressivamente ampliata e modificata in alcune parti. Le estensioni e architetture legate al linguaggio Java comprendono:

J2SE Java 2 Platform Standard Edition;
J2EE Java 2 Platform Enterprise Edition;
J2ME Java 2 Platform Micro Edition;
Servlet;
EJB Enterprise JavaBeans;
JSP JavaServer Pages;
JSF Java Server Faces
JDO Java Data Objects;
JMS Java Message Service;
JAF JavaBeans Activation Framework;
Java Mail;
JNI Java Native Interface;
JNDI Java Naming and Directory Interface;
JSML Java Speech Grammar Specification;
JDBC Java Database Connectivity;
JAIN Java Integrated Networks;
JDMK Java Dynamic Management Kit;
Jini Java Intelligent Network Infrastructure;
Jiro Java Interface for Regular Objects;
JXTA sigla che sta per "juxtapose" (porre accanto);
JavaSpaces;
JMI Java Metadata Interface;
JMX Java Management Extensions.
JAXB Java Architecture for XML Binding
JAXP Java API for XML Processing
SAAJ SOAP with Attachments API for Java
JAX-RPC Java API for XML-based RPC
JAXR Java API for XML Registries
Java 3D Java 3D API

Sebbene il linguaggio sia molto semplice da imparare, l'utilizzo delle architetture e delle specifiche richiede un tempo di apprendimento molto lungo.

[modifica] Come programmare in Java

La programmazione in Java è una specializzazione della programmazione con linguaggi orientati agli oggetti.

Il linguaggio Java è un linguaggio orientato agli oggetti con una sintassi simile al linguaggio C e al linguaggio C++. Allo sviluppatore già esperto di programmazione OO, alcuni punti dovrebbero essere evidenziati:

Java supporta solo la singola ereditarietà di classi, ma permette l'ereditarietà multipla di interfacce.
Java ha una libreria di classi molto grande (detta Java API) simile a SmallTalk, e supporta molte caratteristiche, dai contenitori di oggetti a complesse esigenze di sicurezza.
Java viene eseguito attraverso una Virtual Machine

L'apprendimento del linguaggio non è difficile. La vastità delle "librerie" (o più correttamente package) standard del linguaggio è tale da renderne praticamente impossibile la "padronanza"; per programmare in Java è dunque necessario avere a disposizione la documentazione delle API del linguaggio, disponibile in linea sul sito ufficiale.

Un buon punto di partenza per imparare Java è il tutorial di Sun.

Per i programmatori italiani, vale la pena di segnalare l'ottimo portale della comunità di MokaByte.

Per sviluppare programmi in Java è teoricamente sufficiente un qualsiasi editor di testo; in pratica, se si vuole scrivere qualcosa di più del classico hello world, occorre un ambiente di sviluppo integrato. Esistono diversi IDE (Integrated Development Environment, ambiente di sviluppo integrato) che alcuni gratuiti ed altri a pagamento.

Fra questi quello più premiato è IntelliJ IDEA vincitore fra l'altro del premio Best Java IDE 2005 rilasciato da JDJ. Si tratta di un IDE completo, molto funzionale ed in grado di garantire una padronanza completa del codice che si sta sviluppando.

Un ambiente di sviluppo per Java gratuito e soprattutto leggero è BlueJ, di chiara impostazione didattica, e disponibile per tutti i sistemi operativi al sito gratuito http://www.bluej.org/. Un altro ambiente per lo sviluppo in Java (e non solo) è Eclipse, donato alla comunità di sviluppatori da IBM e scaricabile dalla pagina http://www.eclipse.org. Eclipse è più avanzato e potente, è libero e disponibile per molti sistemi operativi; da notare che quest'ultimo è strutturato con un'architettura a plugin che permette l'aggiunta di ulteriori funzionalità semplicemente scaricando ed installando il relativo plugin (si veda ad esempio eclipse plugins).

La Sun stessa ha promosso lo sviluppo di un ambiente di sviluppo gratuito e open source chiamato NetBeans e lo mette a disposizione gratuitamente insieme a Sun Java Studio. Questi due ambienti sono scritti in Java e NetBeans è distribuito (opzionalmente) insieme alla macchina virtuale [1]. Come entità separata, NetBeans è scaricabile da netbeans.org. Uno degli IDE commerciali più diffusi è JBuilder prodotto dalla Borland.

Per i programmatori che vogliono approfondire il mondo J2EE Java Enterprise, vale la pena di segnalare la comunità Javaportal.

[modifica] Curiosità

J. Gosling e A. Van Hoof (considerati gli autori del linguaggio Java) si trovavano spesso ad un caffè presso il quale discutevano del linguaggio stesso. E così il linguaggio prese il nome da tale abitudine (Java è una qualità di caffè), tanto che il magic number che identifica un file .class (byte code ottenuto dalla compilazione di un file .java) è 0xCAFEBABE (probabilmente riferendosi alla cameriera che li serviva).

[modifica] Altri progetti

Wikibooks contiene testi o manuali su Java (linguaggio)

[modifica] Collegamenti esterni

Principali linguaggi di programmazione (tutti)

Estratto da "http://it.wikipedia.org../../../j/a/v/Java_%28linguaggio%29.html"

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