Java — език за програмиране: определение, характеристики и версии
Java е името на езика за програмиране, създаден от Sun Microsystems. Тази компания по‑късно бе придобита от Oracle Corporation, която продължава да го поддържа и развива, а също така има и свои дистрибуции и лицензионни политики. Към средата на 2024 г. официалните месечни/полугодишни издания продължават редовно; сред по‑важните версии са Java 8 (LTS), Java 11 (LTS), Java 17 (LTS) и след това Java 21 (LTS) — а по‑новите, небазирани на LTS, издания продължават да се появяват (напр. Java 22 през март 2024). Oracle промени политиките за безплатни публични актуализации след Java 8, затова има и други отворени дистрибуции (напр. OpenJDK-базирани) за комерсиална и свободна употреба.
Основни характеристики
Java, която по времето, когато все още се разработваше, се наричаше Oak, е обектно-ориентирана, което означава, че се основава на обекти, които взаимодействат помежду си чрез методи и данни. Някои от ключовите характеристики са:
- Обектно‑ориентиран подход: класове, наследяване, интерфейси, полиморфизъм и капсулация.
- Платформена независимост: принципът "write once, run anywhere" чрез байткод и JVM (виж по‑долу).
- Силно типизиран език: строг контрол на типовете по време на компилация, което намалява определени видове грешки.
- Автоматично управление на паметта: garbage collector, който освобождава неизползвана памет и опростява управлението на ресурсите.
- Поддръжка на многопоточност: вградено API за нишки и синхронизация, плюс високо ниво абстракции в java.util.concurrent.
- Голяма стандартна библиотека: обширни пакети за колекции, вход/изход, мрежи, криптография, XML/JSON обработка и др.
Синтаксис и прилики с други езици
Кодът на Java прилича на този на C, C++ или C#, което улеснява преминаването между езици, но код, написан директно за тези езици, в повечето случаи няма да работи в Java без модификации. Java опростява много от сложностите на C++ (като ръчното управление на паметта и множественото наследяване на реализация) за сметка на по‑явна структура и стабилност.
Как работи Java и платформена независимост
Java работи на много различни операционни системи, включително Android, най‑популярната мобилна операционна система в света (въпреки че Android използва собствени изпълнения и от няколко години предпочитаният език за Android разработки е Kotlin, който се интегрира безпроблемно с Java код). Платформената независимост се постига така: компилаторът на Java (javac) превръща изходния код в Java байткод, а не директно в машинен код. Този байткод се изпълнява от Java виртуалната машина (JVM), която може да интерпретира байткода или да го компилира JIT (Just‑In‑Time) в машинен код на конкретната платформа по време на изпълнение. Така една и съща .class или .jar файл може да се стартира на всяка платформа с подходяща JVM.
Екосистема и приложения
Java има богата екосистема и множество инструменти и рамки, които ускоряват разработката и поддръжката на големи приложения. Често срещани области на употреба:
- Сървърни и корпоративни приложения: Java е доминиращ в enterprise средата чрез технологии и рамки като Spring, Jakarta EE и Hibernate.
- Мобилни приложения: традиционно Android приложения се пишеха на Java; днес Kotlin е предпочитан, но Java код и библиотеки продължават да се използват широко.
- Големи данни и аналитика: Hadoop, Spark и други платформи имат силна интеграция с Java/Scala екосистемата.
- Вградени и десктоп приложения: въпреки доминацията в сървъра, Java се използва и в десктоп (Swing/JavaFX) и вградени системи.
- Инструменти и автоматизация: голямо разнообразие от билд системи (Maven, Gradle), CI/CD инструменти и профилиращи приложения.
JVM, JDK, JRE и лицензи
Кратки определения:
- JVM (Java Virtual Machine): изпълнителната среда, която стартира байткод, осигурява изпълнение, управление на паметта и JIT компилация.
- JRE (Java Runtime Environment): комплектът, необходим за стартиране на Java приложения (включва JVM и библиотеки).
- JDK (Java Development Kit): инструментариумът за разработка, който включва компилатора (javac), библиотеки, отстраняване на грешки и други инструменти.
След промяната в лицензионната политика на Oracle множество организации използват OpenJDK‑базирани дистрибуции (напр. Eclipse Temurin, Amazon Corretto, Azul Zulu и др.), които предоставят безплатни и платени опции за поддръжка и актуализации. Това е важно при избор на среда за производство, тъй като някои версии и билдове на Oracle JDK вече могат да изискват платен абонамент за дългосрочна поддръжка.
Заключение
Java остава един от най‑широко използваните езици за програмиране благодарение на стабилността, богатия набор от библиотеки и рамки, както и широката съвместимост между платформи. За избор на версия и дистрибуция е важно да се вземат предвид нуждите за LTS поддръжка, лицензионни изисквания и съвместимост с екосистемата, в която ще се развива проектът.
Концепции на Java
Java е разработена за постигане на пет основни цели. Те са:
- Java трябва да е лесна за научаване, обектно-ориентирана и разпределена.
- Java трябва да бъде безопасна и силна.
- Java не трябва да зависи от компютърна архитектура или платформа.
- Java трябва да функционира добре.
- Java трябва да може да има интерпретатор, написан за нея, да поддържа паралелизъм и да използва динамично типизиране.
Java платформа
Платформата Java се отнася за група софтуерни продукти на Sun Microsystems. Платформата се използва за разработване и изпълнение на програми на Java. Платформата включва двигател за изпълнение (наречен Java Virtual Machine), който позволява на Java програмите да правят едно и също нещо на различни компютърни системи.
Тази възможност за разработване на софтуер на една платформа и използването му на други платформи се нарича "междуплатформена способност".
Пример за Java програма
Примерна Java програма "Hello World":
Видове програми на Java
Съществуват много видове програми Java, които се изпълняват по различен начин:
- Java Applet - малка програма, написана на Java, която се изтегля от уебсайт и се изпълнява в уеб браузър на клиентски компютър.
- Приложение - изпълнява се на клиентски компютър. Ако е онлайн, то трябва да бъде изтеглено, преди да бъде стартирано.
- JAR файл (Java архив) - използва се за пакетиране на Java файлове в един файл (почти като .zip файл).
- Сервлет - изпълнява се на уеб сървър и помага за генерирането на уеб страници.
- Swing приложение - използва се за създаване на приложение с графичен потребителски интерфейс (прозорци, бутони, менюта и др.).
- EJB - работи на уеб сървър и се използва за разработване на големи и сложни уебсайтове.
Предимства
Java обикновено се използва за обучение на студенти по програмиране като първи език, но все още се използва и от професионалисти.
- Java изисква всяка променлива да бъде инициализирана. Някои по-стари езици, като например C, позволяват променливите да не бъдат инициализирани, което може да доведе до случайни грешки с мистериозни бъгове.
- Java изисква всеки метод да декларира тип на връщане - методът трябва винаги да връща стойност, освен ако типът му на връщане е void. Това също така предотвратява грешки.
- Java се предлага с голям набор от класове и методи - Java API, които могат да се използват, без да се налага да се разработва толкова много код "от нулата".
- За разлика от езика C, примитивните типове в Java, като int, са винаги с еднакъв размер по брой битове, което спомага за постигане на съвместимост между платформите.
- Преди се смяташе, че Java е по-бавна от C, но през последните години това не е толкова важно, защото компютрите са по-бързи.
- Java разполага с обработка на изключения, която изисква от програмиста да се справя със състояния на грешка, като например входно-изходни грешки.
- Кодът, компилиран на една Java платформа, може да се изпълнява на други платформи, които поддържат Java, без да се променя нито изходният, нито байтовият код. Това означава, че човек може да направи програма на Java за компютър с Windows и тя да работи на компютър с Linux или Mac.
Критика
Java също е критикувана. Някои от критиките са:
- Генериците бяха добавени в Java по такъв начин, че съществуващият код да продължи да работи. Това беше направено с помощта на изтриване на типове. Това означава, че по време на компилирането действителният тип на генеричния аргумент се премахва. Това може да доведе до неочаквано поведение на интерпретатора на Java в някои моменти.
- Java не разполага с беззнакови целочислени типове, които езици като C използват в голяма степен. Това също така означава, че е невъзможно да се обменят директно числови данни между програми на C и Java. Криптографията също разчита до известна степен на такива типове; това затруднява писането на приложения, които използват криптография на Java.
- IEEE е определил стандарт за аритметиката с плаваща запетая - IEE 754. Java поддържа само част от функциите на този стандарт.
Въпроси и отговори
Въпрос: Как се нарича езикът за програмиране, създаден от Sun Microsystems?
О: Езикът за програмиране, създаден от Sun Microsystems, се нарича Java.
В: Кой в момента поддържа и актуализира Java?
О: Oracle Corporation понастоящем поддържа и актуализира Java.
В: Кои са текущите версии на Java с дългосрочна поддръжка (LTS)?
О: Настоящите версии на Java с дългосрочна поддръжка (LTS) са версии 17, 11 и 8.
Въпрос: Кога беше пусната последната версия на Java?
О: Най-новата версия на Java, версия 19, беше пусната през септември 2022 г.
В: Има ли друга компания, която поддържа Java, освен Oracle?
О: Да, Eclipse Adoptium също поддържа Java поне до май 2026 г. за версия 8 и поне до септември 2027 г. за версия 17.
В: Какъв тип код използва Java?
О: Java използва обектно-ориентиран код, което означава, че се основава на обекти, които работят заедно, за да накарат програмите да изпълняват задачите си. Той прилича на C, C++ или C#, но кодът, написан на тези езици, в повечето случаи няма да работи, без да бъде променен.
Въпрос: Как Java се прави платформено независима?
О: Java се прави платформено независима, като кара компилатора да превръща кода в специален формат, наречен байткод, вместо в машинен код. Това означава, че когато програмата се изпълни, байткодът може да бъде интерпретиран от специална програма, наречена виртуална машина, която го превежда в машинен код, така че да може да работи на различни операционни системи, като например Android.
