Einführung in die Java

Was ist Java?

Java ist eine universelle, klassenbasierte, objektorientierte Programmiersprache, die für minimale Implementierungsabhängigkeiten entwickelt wurde. Sie dient auch als Rechenplattform für die Anwendungsentwicklung. Java ist schnell, sicher und zuverlässig, weshalb es Software auf Laptops, in Rechenzentren, Spielekonsolen, wissenschaftlichen Supercomputern, Mobiltelefonen und eingebetteten Systemen antreibt. Als plattformübergreifende, netzwerkzentrierte Sprache Java Sie zählt nach wie vor zu den am weitesten verbreiteten Programmiersprachen der Branche und wird von den meisten Organisationen für die Entwicklung unternehmenskritischer Projekte bevorzugt.

Herausforderungen in der Java Plattform?

Das Java Plattform ist eine Sammlung von Programmen, die Entwicklern bei der Erstellung und Ausführung helfen. Java Anwendungen effizient ausführen. Es bündelt eine Ausführungs-Engine, einen Compiler und eine Reihe von Bibliotheken sowie die Spezifikationen, die deren Zusammenspiel definieren. James Gosling entwickelte das Java Plattform bei Sun Microsystems und Oracle Der Konzern erwarb es im Zuge der Sun-Übernahme im Jahr 2009.

Dieses Video stellt die Java Lernumgebung und erklärt warum Java ist sowohl eine Plattform als auch eine Programmiersprache:

Klicken Sie auf werden auf dieser Seite erläutert wenn das Video nicht zugänglich ist.

Was ist Java Benutzt für?

Hier sind einige der wichtigsten praktischen Anwendungsgebiete von Java:

• Entwickelnping Android Apps.
• Entwicklung von Unternehmenssoftware für große Organisationen.
• Stromversorgung für eine breite Palette mobiler Geräte Java um weitere Anwendungsbeispiele zu finden.
• Ausführung wissenschaftlicher Rechenanwendungen.
• Steuerung von Big-Data-Analysepipelines.
• Programmierung eingebetteter Hardwaregeräte.
• Serverseitige Technologien wie Apache, JBoss, GlassFish und Tomcat.

Geschichte der Java Programmiersprache

Hier sind die wichtigsten Meilensteine ​​aus der Geschichte von Java sprache:

• Das Java Sprache hieß ursprünglich OAK.
• Ursprünglich wurde es für die Handhabung von tragbaren Geräten und Set-Top-Boxen entwickelt, wo OAK jedoch ein kommerzieller Misserfolg war.
• 1995 benannte Sun die Sprache in „Javaund richtete es neu aus, um die Vorteile des schnell wachsenden World Wide Web zu nutzen.
• In 2009, Oracle Das Unternehmen erwarb Sun Microsystems und damit drei wichtige Software-Assets von Sun: Java, MySQL und Solaris.

Java Versionen

Hier ist eine kurze Geschichte von Java Versionen und deren Veröffentlichungsdaten, aktualisiert bis zur aktuellsten Version mit Langzeitunterstützung:

Java Version	Release Date
JDK Alpha und Beta	1995
JDK 1.0	23rd Jan 1996
JDK 1.1	19th Februar 1997
J2SE1.2	8th Dezember 1998
J2SE1.3	8th Mai 2000
J2SE1.4	6th Februar 2002
J2SE5.0	30th September 2004
Java SE 6	11th Dezember 2006
Java SE 7	28th Juli 2011
Java SE 8 (LTS)	18th Mar 2014
Java SE 9	September 21st 2017
Java SE 10	20th Mar 2018
Java SE 11 (LTS)	25th September 2018
Java SE 12	19th Mar 2019
Java SE 13	17th September 2019
Java SE 14	17th Mar 2020
Java SE 15	15th September 2020
Java SE 16	16th Mar 2021
Java SE 17 (LTS)	14th September 2021
Java SE 18	22nd Mar 2022
Java SE 19	20th September 2022
Java SE 20	21st Mar 2023
Java SE 21 (LTS)	19th September 2023
Java SE 22	19th Mar 2024
Java SE 23	17th September 2024
Java SE 24	18th Mar 2025
Java SE 25 (LTS)	16th September 2025

Java Eigenschaften

Hier sind einige der wichtigsten Java Merkmale, die es seit fast drei Jahrzehnten relevant gehalten haben:

• Es ist eine der am einfachsten zu erlernenden objektorientierten Programmiersprachen.
• „Einmal schreiben, überall ausführen“ – Code, der auf einem Rechner kompiliert wurde, läuft auf nahezu jeder Computerplattform.
• Java ist dank seines Bytecode-Ausführungsmodells plattformunabhängig.
• Es wurde von Grund auf für objektorientierte Anwendungen konzipiert.
• Es handelt sich um eine Multithread-Sprache mit automatischer Speicherverwaltung (Garbage Collection).
• Es wurde für die verteilte Umgebung des Internets entwickelt.
• Durch sein netzwerkzentriertes Design ermöglicht es verteiltes Rechnen.

Bestandteile der Java Programmiersprache

A Java Der Programmierer schreibt Code in einer für Menschen lesbaren Sprache namens QuellcodeDie CPU versteht Quellcode niemals direkt – CPUs führen ausschließlich Maschinencode aus, und dieser Maschinencode unterscheidet sich je nach CPU-Familie. Um diese Lücke zu schließen, Java Die Plattform übersetzt Quellcode in eine portable Zwischenform. All dies geschieht innerhalb von drei Kernkomponenten: dem JDK, der JVM und der JRE.

Java Entwicklungskit (JDK)

JDK ist eine Softwareentwicklungsumgebung, die zum Erstellen von Applets verwendet wird und Java Anwendungen. Die Langform von JDK lautet Java Entwicklungs-Kit. Java Entwickler können es verwenden auf Windows, macOS, Solarisund Linux. Das JDK hilft ihnen beim Codieren und Ausführen von Code. Java Programme. Es ist möglich, mehr als eine JDK-Version auf demselben Computer zu installieren.

Warum sollte man das JDK verwenden?

• Das JDK enthält die zum Schreiben erforderlichen Werkzeuge. Java Programme und eine JRE, um sie auszuführen.
• Es beinhaltet einen Compiler (javac), Die Java Anwendungsstarter, AppletViewer und ähnliche Hilfsprogramme.
• Der Compiler konvertiert Code, der in geschrieben wurde Java in Bytecode.
• Das Java Der Anwendungsstarter öffnet eine JRE, lädt die erforderliche Klasse und führt ihre Hauptmethode aus.

Java Virtuelle Maschine (JVM)

Das Java Virtuelle Maschine (JVM) ist eine Engine, die eine Laufzeitumgebung zum Antreiben bereitstellt. Java Code oder Anwendungen. Es konvertiert Java Bytecode in Maschinensprache übersetzen. Die JVM ist Teil der Java Laufzeitumgebung (JRE). In anderen Programmiersprachen erzeugt der Compiler Maschinencode für ein bestimmtes System. Java Der Compiler erzeugt Code für eine virtuelle Maschine, die als die virtuelle Maschine bezeichnet wird. Java Virtuelle Maschine.

Warum JVM?

• JVM bietet eine plattformunabhängige Möglichkeit zur Ausführung Java Quellcode.
• Es bietet zahlreiche Bibliotheken, Tools und Frameworks, die sofort einsatzbereit sind.
• Sobald Sie ein kompilieren Java Das Programm kann auf jeder Plattform ausgeführt werden, was eine erhebliche Zeitersparnis bedeutet.
• Die JVM wird mit einem JIT-Compiler (Just-In-Time) ausgeliefert, der Bytecode zur Laufzeit in maschinennahe Sprache umwandelt, wodurch die Anwendung oft schneller läuft als eine interpretierte Anwendung.

Java Laufzeitumgebung (JRE)

Die JRE (Java Runtime Environment) ist eine Softwarekomponente, die zum Ausführen anderer Software entwickelt wurde. Sie enthält die Klassenbibliotheken, die Loader-Klasse und die JVM (Java Virtual Machine). Vereinfacht gesagt: Wenn Sie nur eine bestimmte Software ausführen möchten, benötigen Sie die JRE. Java Für ein Programm (und nicht für die Entwicklung eines solchen) benötigen Sie die JRE anstelle des vollständigen JDK.

Warum sollte man eine JRE verwenden?

• Die JRE enthält Klassenbibliotheken, die JVM und weitere unterstützende Dateien. Sie beinhaltet keine Entwicklerwerkzeuge wie Debugger oder Compiler.
• Es verwendet wichtige Paketklassen, darunter math, swing, util, lang, awtund Laufzeitbibliotheken.
• Wenn du rennen musst Java Für Applets oder Anwendungen muss die Java Runtime Environment (JRE) auf Ihrem System installiert sein.

Verschiedene Arten von Java Plattformen

Es gibt vier verschiedene Java Programmiersprachenplattformen, die jeweils auf ein anderes Einsatzziel abgestimmt sind:

1. Java Plattform, Standard Edition (Java SE): Java Die API von SE bietet die Java Die Kernfunktionalität einer Programmiersprache. Sie definiert alles von Basistypen und Objekten bis hin zu High-Level-Klassen, die für Netzwerkfunktionen, Sicherheit, Datenbankzugriff, die Entwicklung grafischer Benutzeroberflächen (GUI) und das Parsen von XML verwendet werden.

2. Java Platform, Enterprise Edition (Jakarta EE, ehemals Java EE): Die Jakarta EE-Plattform bietet eine API und eine Laufzeitumgebung für die Entwicklung.ping und den Betrieb hochskalierbarer, umfangreicher, mehrschichtiger, zuverlässiger und sicherer Netzwerkanwendungen. Oracle die Plattform wurde an die Eclipse Foundation im Jahr 2017, wodurch es in Jakarta EE umbenannt wurde.

3. Java Plattform, Micro Edition (Java MICH): Das Java Die ME-Plattform bietet eine API und eine ressourcenschonende virtuelle Maschine für die Ausführung von Java Anwendungen auf kleinen Geräten wie Feature-Phones und eingebetteten Controllern.

4. JavaFX: JavaFX ist eine Plattform für die Entwicklungping Rich-Internet-Anwendungen nutzen eine schlanke Benutzerschnittstellen-API. Sie verwenden hardwarebeschleunigte Grafik- und Medien-Engines, die dabei helfen. Java Profitieren Sie von leistungsfähigeren Clients, einem modernen Erscheinungsbild und leistungsstarken APIs zur Anbindung an vernetzte Datenquellen.

Um das zu verstehen Java Um eine Programmiersprache zu verstehen, müssen wir einige grundlegende Konzepte darüber, wie ein Computerprogramm Befehle ausführt und Aktionen realisiert, noch einmal betrachten.

Was ist ein PC?

Ein Computer ist ein elektronisches Gerät, das Berechnungen durchführen kann. Er besteht aus Monitor, Tastatur, Maus und Speicher zum Speichern von Informationen. Die wichtigste Komponente ist jedoch der Prozessor. Der Prozessor führt alle Rechenoperationen des Computers aus – aber wie genau funktioniert das? Wie versteht er Texte, Bilder und Videos?

Was ist Assembly Sprache?

Der Computer ist ein elektronisches Gerät und versteht daher nur elektronische Signale – genauer gesagt Binärsignale. Ein 5-Volt-Signal kann die Binärzahl 1 darstellen, während 0 Volt die Binärzahl 0 darstellen. Ihr PC ist ständig diesen Signalen ausgesetzt.

Acht Bits dieser Signale werden zusammengefasst, um Text, Zahlen und Symbole zu interpretieren.

Das #-Symbol wird vom Computer beispielsweise als 10101010 identifiziert. Ebenso wird das Muster für eine „Add“-Funktion durch 10000011 dargestellt.

Dies wird als 8-Bit-Computing bezeichnet. Moderne Prozessoren sind in der Lage, 64-Bit-Befehle gleichzeitig zu dekodieren. Was hat dieses Konzept also damit zu tun? JavaLassen Sie uns ein Beispiel durchgehen.

Angenommen, Sie möchten dem Computer befehlen, zwei Zahlen (1 + 2) zu addieren, die durch Binärzahlen (10000011) dargestellt werden. Wie übermitteln Sie diese Anweisung an Ihren Computer? Sie verwenden Assemblersprache, um Ihren Code auszuführen.

"Assembly Sprache ist die elementarste Form von Softwareentwicklungssprachen.“

Sie erteilen Befehle im folgenden Format. Der Code zum Addieren zweier Zahlen in Assemblersprache sähe folgendermaßen aus:

• Speichernummer 1 an Speicheradresse A.
• Speichere Nummer 2 an Speicheradresse B.
• Addieren Sie die Inhalte der Speicherorte A und B.
• Speichern Sie das Ergebnis.

In den 1950er Jahren, als Computer riesig und energiehungrig waren, wandelte man Assembler-Code mithilfe einer Map in entsprechenden Maschinencode (1 und 0) um.ping Die Codes wurden dann auf Lochkarten gestanzt und dem Computer zugeführt. Der Computer las diese Codes und führte das Programm aus. Das war ein langwieriger Prozess – bis der Monteur kam, um die Umwandlung zu automatisieren.

Was sind Assembler und Compiler?

Mit dem technologischen Fortschritt wurden Ein-/Ausgabegeräte entwickelt. Man konnte sein Programm mithilfe des Assemblers direkt in den PC eingeben. Dieser übersetzte es in entsprechenden Maschinencode (110001…) und übergab ihn dem Prozessor. Um auf unser Beispiel 1 + 2 zurückzukommen: Der Assembler wandelt den Assembler-Code in Maschinencode um und gibt ihn aus.

Neben der Assemblierung müssen Sie auch vom Betriebssystem bereitgestellte Funktionen aufrufen, um die Ausgabe anzuzeigen.

Der Assembler allein genügt nicht; er benötigt zusätzlich einen Compiler, um langen Quellcode in kleinere, optimierte Abschnitte zu komprimieren. Bei höheren Programmiersprachen reduziert sich der gesamte obige Assembler-Codeabschnitt auf eine einzige Zeile, wie beispielsweise: printf(“%d”, 1+2)Der Compiler konvertiert Ihren C Sprache Code wird in Assembler-Code umgewandelt; der Assembler wandelt diesen dann in Maschinencode um. transmitan den Prozessor gebunden. Der am häufigsten in PCs verwendete Prozessor ist der Intel-Prozessor.

Moderne Compiler bündeln oft den Assembler, damit sie Code höherer Programmiersprachen direkt in Maschinencode umwandeln können.

Nehmen wir nun an Windows läuft auf einem Intel-Prozessor – die Kombination aus Betriebssystem und Prozessor wird als Plattform bezeichnet. Die gängigste Plattform ist Windows auf Intel, auch bekannt als Wintel-Plattform. Weitere gängige Plattformen sind AMD, Linux, PowerPC und macOS.

Mit einem Prozessorwechsel ändern sich auch die Assembler-Befehle. Zum Beispiel:

• Der Befehl „add“ auf Intel-Systemen heißt auf AMD-Systemen ADDITION.
• Oder „Math ADD“ auf PowerPC.

Mit einem Wechsel des Betriebssystems ändern sich auch Ebene und Art der Betriebssystemaufrufe.

Als Entwickler möchten Sie, dass Ihre Software auf jeder Plattform funktioniert, um eine möglichst große Reichweite zu erzielen. Das bedeutet, dass Sie separate Compiler kaufen müssten, die Ihre Software konvertieren. printf Befehl in den nativen Maschinencode für jedes Ziel.

Compiler sind teuer, und es besteht immer das Risiko von Kompatibilitätsproblemen zwischen verschiedenen Betriebssystemen. Für jede Betriebssystem-Prozessor-Kombination einen separaten Compiler zu kaufen und zu installieren, ist nicht praktikabel. Was ist also die Alternative? Hier kommt der Java Sprache.

Wie funktioniert das? Java Funktioniert die virtuelle Maschine?

Durch die Verwendung der Java Virtuelle MaschineDieses Problem lässt sich lösen. Doch wie funktioniert das auf verschiedenen Prozessoren und Betriebssystemen? Gehen wir es Schritt für Schritt durch.

Schritt 1) Der Code zur Anzeige der Addition zweier Zahlen — System.out.println(1+2) — wird als gespeichert .java Datei.

Schritt 2) Verwendung der Java Compiler (javacDer Code wird in einen Zwischencode umgewandelt, der als BytecodeDie Ausgabe ist ein .Klasse Datei.

Schritt 3) Dieser Bytecode wird von keiner physischen Plattform verstanden, sondern nur von einer virtuellen Plattform namens … Java Virtuelle Maschine.

Schritt 4) Die JVM befindet sich im Arbeitsspeicher (RAM) Ihres Betriebssystems. Wenn die JVM diesen Bytecode empfängt, erkennt sie die Plattform, auf der sie ausgeführt wird, und wandelt den Bytecode zur Laufzeit in nativen Maschinencode um.

Während Sie an Ihrem PC arbeiten oder im Internet surfen, immer wenn Sie Folgendes sehen JavaAnhand der zugehörigen Symbole können Sie sicher sein, dass die JVM in Ihren RAM geladen ist. Was macht Java attracDer Vorteil besteht darin, dass kompilierter Code nicht nur auf jeder PC-Plattform, sondern auch auf Mobilgeräten und anderen elektronischen Geräten ausgeführt werden kann, die dies unterstützen. Java.

"Java „ist sowohl eine Programmiersprache als auch eine Plattform.“

Wie ist Java Plattformunabhängig?

Im Gegensatz zu einem C-Compiler, Java Der Compiler erzeugt keinen nativen ausführbaren Code für eine bestimmte Maschine. Stattdessen Java erzeugt ein einzigartiges Zwischenformat namens BytecodeDer Bytecode wird gemäß den in der JVM-Spezifikation festgelegten Regeln ausgeführt, weshalb Java ist eine plattformunabhängige Sprache.

Bytecode ist für jede auf einem beliebigen Betriebssystem installierte JVM verständlich. Kurz gesagt: Java Der Quellcode kann auf jedem modernen Betriebssystem ohne Neukompilierung ausgeführt werden, was die Grundlage dafür ist JavaDas Versprechen „einmal schreiben, überall ausführen“.

Häufig gestellte Fragen