Основни характеристики на Java

Java е платформено независим език

Компилаторът javac преобразува изходния код (.java) в Java bytecode (.class). Bytecode се изпълнява от Java Virtual Machine (JVM). Тъй като за всяка операционна система съществува реализация на JVM, един и същ bytecode може да бъде изпълнен без промяна под Windows, Linux, macOS и други операционни системи.

flowchart TD
    A["Изходен код<br/>.java файл"] --> B["Компилатор javac"]
    B --> C["Java bytecode<br/>.class файл"]
    C --> D["JVM за операционната система"]
    D --> E["Изпълнение"]

Java е обектно-ориентиран език

Java е обектно-ориентиран език за програмиране. Обектно-ориентираното програмиране (ООП) е парадигма, при която програмата се моделира чрез взаимодействащи класове и обекти. Всеки обект представлява екземпляр на определен клас.

Основните принципи на ООП са:

Абстракция
Капсулация
Наследяване
Полиморфизъм

Подробно разглеждане на принципите на обектно-ориентираното програмиране е представено в следващите лабораторни упражнения.

Java е надежден език

Java е проектиран с акцент върху надеждността. Компилаторът открива голяма част от потенциалните грешки още по време на компилация, а автоматичното управление на паметта намалява риска от възникване на грешки при работа с паметта.

Java използва механизъм за автоматично управление на паметта (Garbage Collector, GC), който освобождава динамично заделена памет, когато тя вече не е достижима чрез изпълняваната програма. Това намалява риска от грешки, свързани с изрично управление на жизнения цикъл на динамично заделената памет.

Java разполага с богата стандартна библиотека

Java предоставя богата стандартна библиотека, която включва готови класове за работа с колекции, файлове, мрежови приложения, многонишкови програмиране, дати и други.

Java поддържа разработване на разпределени приложения

Java предоставя средства за разработване на приложения, които обменят данни по мрежа.

Java поддържа многонишковост

Java предоставя езикови и библиотечни средства за изпълнение на няколко нишки в рамките на една програма.

Общи термини в Java

Преди да се пристъпи към разработването на Java приложения, е необходимо да бъдат изяснени някои основни понятия, свързани с процеса на компилация и изпълнение на програмите. Най-важните от тях са Java bytecode, JVM, JRE (Java Runtime Environment) и JDK (Java Development Kit).

Java bytecode

Java bytecode представлява междинен код, който се генерира след компилиране на дадена Java програма. Той се записва във файлове с разширение .class и се изпълнява от Java Virtual Machine.

Използването на bytecode позволява една и съща Java програма да бъде изпълнявана върху различни операционни системи без необходимост от повторно компилиране.

Java Virtual Machine (JVM)

Java Virtual Machine (JVM) представлява виртуална машина, която осигурява среда за изпълнение на Java bytecode. Тя не е физическо устройство, а спецификация, реализирана по различен начин за различните операционни системи.

Основните задачи на JVM са: зареждане на класовете; проверка на bytecode; изпълнение на bytecode; управление на паметта по време на изпълнение чрез Garbage Collector.

Java Runtime Environment (JRE)

Java Runtime Environment (JRE) представлява средата, необходима за изпълнение на Java приложения. Тя включва JVM и стандартните библиотеки, използвани по време на изпълнение на програмата.

Ако на даден компютър е инсталирана само JRE, могат да се изпълняват готови Java приложения, но не могат да се компилират нови програми.

Java Development Kit (JDK)

Java Development Kit (JDK) представлява комплект от инструменти за разработване на Java приложения. Освен JRE, той включва компилатора javac, документиращи и помощни инструменти, необходими за разработката и тестването на програми.

Процес на компилация и изпълнение

flowchart TD
    A["Java source code<br/>Application.java"] --> B["javac"]
    B --> C["Bytecode<br/>Application.class"]
    C --> D["JVM"]
    D --> E["Изпълнение на програмата"]

Компоненти на Java платформата

flowchart TD
    subgraph JDK["JDK"]
        Tools["Инструменти<br/>javac, jar, javadoc"]
        subgraph JRE["JRE"]
            Libraries["Библиотеки"]
            JVM["JVM"]
        end
    end

    Source["Java програма"] --> Tools
    Tools --> JVM
    Libraries --> JVM
    JVM --> Runtime["Изпълнение"]