Java — это высокоуровневый язык программирования, разработанный Sun Microsystems. Первоначально создавался для разработки программ для телеприставок и карманных устройств, но позже стал популярным и востребованным языком для создания веб-приложений. Oracle приобрела Sun Microsystems в январе 2010 года, поэтому Java теперь поддерживается и распространяется Oracle.
Java применяет модель объектно-ориентированного программирования и может использоваться для создания приложений, которые могут запускаться на одном компьютере или распределяться между серверами и клиентами в сети. Его также можно использовать для создания небольшого модуля приложения или апплета для использования в качестве части веб-страницы.
Преимущества
Синтаксис Java похож на C ++, но является строго объектно-ориентированным языком программирования. Например, большинство программ Java содержат классы, которые используются для определения объектов и методов. Методы, в свою очередь, назначаются отдельным классам. Java также известен как более строгая формальная знаковая система, чем C ++. Это означает, что переменные и функции должны быть явно определены, что исходный код может выявлять ошибки или «исключения» легче и быстрее, чем другие языки. Это также ограничивает другие типы ошибок, которые могут быть вызваны неопределенными переменными или неназначенными типами.
В отличие от исполняемых файлов Windows (.EXE-файлов) или приложений Macintosh (файлы .APP), программы Java не запускаются непосредственно операционной системой. Вместо этого данные интерпретируются виртуальной машиной Java или JVM, которая работает на нескольких платформах. Все Java-программы являются мультиплатформенными и могут работать на разных платформах, включая компьютеры Macintosh, Windows и Unix. JVM должен быть установлен для приложений или апплетов для запуска. Доступен в виде бесплатной загрузки.
Элементы и принципы
Успеху и популярности Java способствовали характеристики языка. Перечислим основные из них:
Программы, созданные на Java, обладают качеством переносимости в сети. Исходный код скомпилирован так, что язык программирования вызывает байт-код, который можно запускать в любом месте сети на сервере или клиенте с виртуальной машиной Java (JVM). JVM интерпретирует байт-код в коде, который будет работать на компьютерном оборудовании. Напротив, большинство языков программирования, таких как COBOL, C ++, Visual Basic или Smalltalk, компилируют код в двоичный файл. Бинарные файлы зависят от платформы, поэтому программа, написанная для компьютера под управлением Windows на базе Intel, не может запускать Mac, Linux-машину или мэйнфрейм IBM. JVM включает в себя необязательный компилятор Just-in-time (JIT), который динамически компилирует байт-код в исполняемый код в качестве альтернативы интерпретации одной инструкции байт-кода за раз. Во многих случаях динамическая компиляция JIT быстрее, чем интерпретация виртуальной машины.
Надежность кода. В отличие от программ, написанных на C ++ и некоторых других языках, объекты Java не содержат ссылок на внешние данные или другие известные объекты. Это гарантирует, что инструкция не содержит адрес хранения данных в другом приложении или в самой операционной системе, из-за чего программа и сама операционная система могут завершиться или инициировать сбой в работе. JVM выполняет ряд проверок на каждом объекте для обеспечения целостности.
Java — объектно-ориентированный язык. Объект может воспользоваться тем, что он является частью класса объектов и наследует код, который является общим для класса. Данный метод можно рассматривать как одну из возможностей или поведения объекта. Объектно-ориентированный метод относительно распространен в современном ландшафте программирования, но еще в 1996 году лишь несколько языков эффективно применяли объектно-ориентированные концепции и шаблоны проектирования.
Гибкость апплетов. Java-апплет имеет все характеристики, предназначенные для быстрого запуска.
Java прост для изучения. Синтаксис языка аналогичен C ++. Если разработчик владеет языкам С/С++, освоить данный язык не составит труда.
Распространенным заблуждением является то, что существует связь между Java и JavaScript. Эти языки имеют сходство в синтаксисе, но с конструктивной точки зрения являются разными структурами.
Платформы
Существуют три ключевые платформы, на которых программисты разрабатывают Java-приложения:
Java SE — простые автономные приложения разрабатываются с использованием Java Standard Edition. Ранее известный как J2SE, Java SE предоставляет все API, необходимые для разработки традиционных настольных приложений.
Java EE — Java Enterprise Edition, ранее известная как J2EE, обеспечивает возможность создания серверных компонентов, которые могут отвечать на веб-цикл запроса-ответа. Такая компоновка позволяет создавать Java-программы, которые могут взаимодействовать с интернет-клиентами, включая веб-браузеры, клиенты на базе CORBA и даже веб-сервисы на основе REST и SOAP.
Java ME — Java также предоставляет легкую платформу для мобильной разработки, известную как Java Micro Edition, ранее известная как J2ME. Java ME зарекомендовала себя очень популярной платформой для разработки встроенных устройств, но она изо всех сил пыталась добиться успеха на арене разработки смартфонов. С точки зрения развития смартфонов, Android стал платформой мобильной разработки.
Примеры использования
Используя различные компоненты, предоставляемые Java EE, разработчикам легко писать программы, в которых используются популярные шаблоны проектирования программного обеспечения и универсально согласованные передовые методы.
Фреймворки Struts, Spring и JavaServer Faces используют сервлет Java для реализации шаблона проектирования переднего контроллера для централизации запросов.
Между тем большая часть экосистемы Java — это огромное количество проектов с открытым исходным кодом, программных платформ и API, которые создало сообщество с использованием языка. Например, в Apache Foundation размещаются различные проекты, написанные с использованием Java, в том числе:
Простые рамки ведения журналов для Java (SLF4J).
Большие платформы обработки данных.
Интеграционные платформы, такие как Apache Camel, Apache Axis и CXF для разработки веб-сервисов RESTful.
Платформы разработки микросервисов.
Другие предприятия попытаются перевести среды Java EE в облако. Поскольку разработчики создают облачные сервисы, возможность быстрого масштабирования этих сервисов является ключевой проблемой, равно как и возможность совместной работы в облаке.
Критика
Синтаксис Java часто осуждается за многословность. Избыточные сеттеры и геттеры, сильная типизация, делают Java-программы раздутыми. В качестве ответа появилось несколько периферийных языков для решения этой проблем, в том числе Groovy, которые быстро стали приобретать популярность.
Другой недостаток заключается в том, что Java-программы не могут линейно масштабироваться в мире высокопроизводительных вычислений. Из-за того что Java ссылается на объекты внутри, сложные и параллельные операции на основе списка могут привести JVM к поиску обходных решений. Язык Scala решает многие из недостатков языка Java, которые уменьшают его способность масштабирования.
Потоки Java
Потоки — это парадигма программирования, изобретенная Дж. Полом Родкер-Моррисоном в конце 60-х годов, в которой используется понятие «обработка данных» для проектирования и создания приложений. Поток Java определяет приложения как сети процессов, которые обмениваются данными с помощью блоков данных (информационных пакетов), перемещающихся по предопределенным соединениям. Эти процессы можно подключать бесконечно, чтобы сформировать приложения, не изменяя их внутреннее содержимое. Таким образом поток ориентируется на компонент.
Создание потока Java — это конкретная форма программирования потока данных. Основана на ограниченных буферах, информационных пакетах с определенными сроками службы, именованных портах и отдельном определении соединений.
Процессы взаимодействуют через соединения, к которым обращаются через порты. Связи обычно реализуются через ограниченные буферы. Размер буфера или максимальное количество пакетов, которые может содержать очередь, называется пропускной способностью подключения. Некоторые реализации позволяют устанавливать соединения с емкостью 0, что означает, что IP-адреса данных немедленно передаются между процессами отправки и получения.
Определение
Потоковое программирование рассматривает приложение как набор процессов («черных ящиков»), связывающихся через соединения, к которым процессы обращаются с помощью портов. Процесс является экземпляром компонента, работающим одновременно с другими процессами, включая другие экземпляры одного и того же компонента.
Общий подход в потоковом программировании заключается в концептуализации программы как серии потоков и субпотоков, которые протекают через ряд связанных процессов. Параллелизм реализуется путем ограничения связи между процессами с использованием потоков информационных пакетов при завершении потока Java.
Визуальное программирование в этом контексте связано с подключением текстовых компонентов или графиков в двумерном представлении, которое использует возможности распознавания образов человека и визуальные стили мышления. Текстовое программирование по-прежнему доступно на уровне компонентов, а для простых приложений — на уровне сети.
Основными характеристиками являются повторное использование кода, тестируемость и параллельность.
Введение
Потоковое программирование определяет приложения с использованием метафоры «фабрика данных». Приложение рассматривается не как единый последовательный процесс, который начинается в определенный момент времени, а затем делает одну операцию в единицу времени до полного завершения, а как сеть асинхронных процессов, сообщающихся посредством потоков структурированных блоков данных, называемых информационными пакетами (IP). Сеть определяется внешними процессами как список соединений, которые интерпретируются частью программного обеспечения, обычно называемой планировщиком.
Процессы взаимодействуют через соединение с фиксированной емкостью. Соединение подключается к процессу с помощью порта, который имеет имя, согласованное между кодом процесса и сетевым определением. Один и тот же код может выполнять более одного процесса. В любой момент времени данный IP-адрес может принадлежать только одному процессу или находиться в пути между двумя процессами. Порты могут быть либо простыми, либо массивными.
Поскольку процессы потоков Java могут продолжать выполняться сколь угодно долго при наличии данных на ввод и вывод, приложения с применением этого метода обычно работают за меньшее время, чем обычные программы, и оптимально используют все процессоры на машине.
Сеть
Определение сети обычно схематично и преобразуется в список соединений на каком-либо языке или нотации более низкого уровня. Потоки ввода/вывода Java часто являются языком визуального программирования на этом уровне. Более сложные определения сетей имеют иерархическую структуру, которая создается из подсетей с гибкими соединительными связями. Другие примеры потоков Java основаны на более традиционных языках программирования. В частности RaftLib использует C ++ и iostream-подобные операторы для выполнения потока Java.
Описание процесса
Работа с потоками Java демонстрирует связывание данных как наиболее слабое соединение между компонентами. Концепция свободной связи, в свою очередь, связана с концепцией сервис-ориентированных архитектур. Пул потоков Java соответствует ряду критериев для такой архитектуры.
Потоковый метод способствует высокоуровневому функциональному стилю спецификаций, которые упрощают разработку гипотетических предпосылок поведения системы. Примером потоков Java является модель распределенного движения данных для конструктивного создания и анализа семантики распределенных протоколов.
Характеристики
Потоковое программирование обладает следующими уникальными свойствами:
Структурность: диаграммы и компоненты имеют четкую структуру (интерфейс, состояние и поведение).
Дизайн системы разделен на два слоя: графический (обычно визуальный) и компонентный (обычно текстовый). С точки зрения архитектуры программного обеспечения поощряются различные роли. В качестве примера: потоки Java управляются ролевыми функциями «Дизайнер графиков» и «Компонент-реализатор».
Принцип параллелизма: каждый процесс выполняется в своем потоке, сопутствующей программе или другой среде.
Активация — с точки зрения дизайнера точки графика процесса выполняются одновременно, а функция программного обеспечения планирования позволяет распределять процессорное время и управлять другими службами по мере необходимости, чтобы поддерживать этот функционал.
Информационные пакеты при создании потока Java имеют жизненный цикл и принадлежат только одному процессу.
Компоненты могут иметь несколько входов или выходов.
Приложение представляет собой график, а не дерево. Разрешены циклические соединения (петли обратной связи).
Соединения могут быть объединены в график, подразумевая, что пакеты из разных дуг поступают на входной порт. Соединения должны быть разделены через компонент из-за разнообразия стратегий разделения и правила владения IP.
Соединения реализованы как ограниченные буферы с объемом от 0 до числа, ограниченного реализацией.
Примеры
Компоненты потоков данных Java часто образуют взаимодополняющие пары. В обычной логике программист быстро обнаруживает, что ни входные, ни выходные структуры не могут использоваться для управления иерархией вызовов потока управления. В потоках ввода Java само описание проблемы предлагает решение.
«Слова» явно указаны в описании проблемы, поэтому разработчику необходимо рассматривать их как информационные пакеты (IP). В потоках ввода Java нет единой иерархии вызовов, поэтому у программиста нет необходимости настраивать приоритезацию.
При создании потока Java исходные информационные пакеты (IIP) могут использоваться для указания параметрической информации, такой как желаемая длина выходной записи или имена файлов. IIP - это блоки данных, связанные с портом в определении сети, которые становятся «обычными» IP-адресами, когда «получаемый» параметр выдается для соответствующего порта.
Пакетное обновление
Этот тип программы включает передачу файла сведений (изменений, добавлений и удалений) на главный файл и создание обновленного основного файла и одного или нескольких отчетов. Новый поток Java довольно сложно кодировать с использованием синхронного процедурного кода, поскольку два (иногда более) потока ввода должны синхронизироваться.
В потоковой архитектуре компонент многократного использования значительно упрощает запись этого типа приложения, поскольку данный инструмент объединяет два потока и вставляет данные IP, чтобы указать уровни группировки. Предположим, что один или два потока Java состоят из IP-адресов с ключевыми значениями 1, 2 и 3, а IP-адреса второго потока имеет ключевые значения 11, 12, 21, 31, 32, 33 и 41, где первая цифра соответствует значениям главного ключа. Используя символы скобок для представления IP-адресов, собранный выходной поток будет выглядеть следующим образом: (m1 d11 d12) (m2 d21) (м3 d31 d32d33) (d41).
Процессы мультиплексирования
Потоковое программирование поддерживает мультиплексирование процессов. Поскольку компоненты доступны только для чтения, любое количество экземпляров данного компонента («процессы») может выполняться асинхронно друг с другом.
Когда компьютеры имели один процессор, это было полезно, когда много операций ввода-вывода потоков Java продолжалось. Теперь, когда машины имеют несколько процессоров, это становится действительно полезным инструментом. Потоки Java Thread работают по принципу многозадачности.
DrawFBP как инструмент
Потоковое программирование является парадигмой, где программы создаются из компонентов, которые имеют набор определенных входных и выходных портов. Эти порты соединяются вместе, чтобы составить график, определяющий логику и поток данных. DrawFBP — это настольное приложение, которое может определять графики программ на основе потоков для Java и C #. Это самый функционально полный пользовательский интерфейс потокового программирования, но он несколько ограничен возможностями межсетевого экрана Java и невозможностью интроспекции информации, доступной через интерфейс загрузки компонентов.
Ключевой частью пользовательского интерфейса является упрощение создания и понимания программ на основе метода потоков.
