[LTM] Chương 2 : Giới thiệu java

Nội dung

1. Giới thiệu Java
2. Đặc điểm Java
3. Kiến trúc của Java
4. JVM và cấu trúc của JVM
5. Các ấn bản
6. Công cụ phát triển
7. Cài đặt, thiết lập
8. Giới thiệu các ứng dụng: độc lập, applet
9. Example program

Giới thiệu

• Lập trình hướng chức năng
• Lập trình hướng đối tượng

1. C++
2. C#
3. VB.Net
4. Java

Lịch sử phát triển của Java

• Ra đời
• Phát triển >

Java vs. C++

• Java và C++ đều là ngôn ngữ lập trình HĐT
• Java hạn chế những phức tạp không cần thiết của C++

1. Multiple Inheritance
2. Pointer

• Java: đơn giản, thân thiện, hướng đối tượng.
• Java có nhiều đặc tính tiến bộ hơn C++

1. Platform independence
2. Support for the internet
3. Security

Các đặc điểm của Java

1. Simple Object-oriented
2. Dynamic and Distributed Platform independence
3. Portable
4. Multi-threads
5. Secure

Simple. Object - Oriented
Đơn giản

• Không sử dụng con trỏ tường minh
• Không đa thừa kế
• Cấp phát và dọn dẹp bộ nhớ tự động

Hướng đối tượng

• Ngôn ngữ hướng đối tượng thuần khiết – không đoạn code nào nằm bên ngoài phạm vi lớp
• Mọi thứ trong Java đều liên quan đến các đối tượng được định nghĩa trước

Dynamic and Distribute

• Java cũng có đặc tính: các lớp được nạp tự động khi cần và nhiều chương trình có thể dùng chung một lớp. (Windows OS .dll).
• Nó còn hỗ trợ đặc tính phân tán, tức là các phần của chương trình có thể nằm trên máy chủ lẫn trên máy khách hàng.
• Hỗ trợ công nghệ lập trình RMI, CORBA, JavaBean: cho phép sử dụng lại các lớp đã tạo ra, triệu gọi các phương thức hoặc đối tượng từ một máy ở xa.

Platform independence

• Phương châm “Write-once Run-everywhere”
• Chương trình viết trên một platform và có thể chạy trên mọi platform có cài máy ảo Java:

1. JVM thông dịch các kết quả ở dạng bytecode  -
2. Bytecode có thể chạy trên hầu như mọi loại phần cứng và hệ điều hành.
3. Thư viện các hàm có thể dùng chung cho các platform khác nhau

Java portablility

Multi-threads

• Các ứng dụng viết bằng Java có thể có nhiều tiến trình được xử lý cùng một lúc.
• Java có cung cấp các lớp có thể thực hiện như là các luồng được điều khiển riêng biệt
• Java tự thực hiện sự kết hợp giữa các phần trong các luồng với nhau.

Secure
 Java được thiết kế để đảm bảo an toàn cho người dùng Java trên mạng, Có 4 tầng bảo an:

• Mức ngôn ngữ và trình biên dịch: No pointer, chuyển đổi kiểu tường minh, trình biên dịch kiểm tra kiểu chặt chẽ
• Trình kiểm tra lớp -Class Verifier : ngăn class tới từ mạng "giả dạng" một class trên máy khách hàng, tách biệt hoạt động của classes từ server
• Trình nạp lớp - Class Loader : kiểm tra mã byte vào lúc chạy chương trình bảo đảm chương trình Java đã được biên dịch một cách đúng đắn.
• Trình quản lý an ninh –SecurityManager : kiểm soát các hoạt động một máy ảo Java

Core API
Core API : Java cung cấp cho người lập trình một thư viện các hàm chuẩn (in package)

Kiến trúc của Java

Chương trình Java làm việc thế nào?

1. Chương trình nguồn viết bằng NNLT Java
2. Chương trình được biên dịch thành file .class
3. Các file .class được load và
4. Thực thi bằng máy ảo Java (JVM).
   

Phát triển Java

Máy ảo Java - JVM
 Khác với C++, Chương trình Java không được biên dịch thành ngôn ngữ máy nhưng thành “bytecode”
Mỗi hệ điều hành có hiện thực riêng cho máy ảo Java - JVM:
Bộ máy thực thi một cách an toàn và tương thích mã byte code trong các file .class trên một bộ vi xử lý

JVM working

JVM working

• Trình nạp lớp (Class Loader): đọc bytecode từ đĩa hoặc từ kết nối mạng.
• Trình kiểm tra lớp (Class Verifier): Kiểm tra các lớp sẽ không sinh ra các lỗi ảnh hưởng tới hệ thống khi thực thi. ->tăng time nạp lớp (1)
• Trình thực thi (Execution Unit): sẽ thực hiện các lệnh được quy định trong từng bytecode:

1. Trình thông dịch: chuyển đổi từng bytecode sang các thủ tục cần làm trên từng hệ thống (tra nghĩa): chậm
2. => Trình biên dịch: Just-in-time (JIT): Quá trình chuyển đổi từ bytecode sang mã lệnh riêng của từng hệ thống sẽ được làm luôn một lần ngay khi nạp chương trình: tăng tốc, chiếm memory

JVM Architecture

JVM Architecture
Data area:

• Method area:   Nơi các mã bytecode được đưa vào và lưu trữ, tạo biến tĩnh.
• Heap area: (main memory of JVM.) Các đối tượng của class, tạo biên non-static
• Threads area:  Các methods được thực thi. JVM tạo 2 threads:

1. main: thực thi methods, xác nhận việc tạo objects
2. heap area garbage collector: xác nhận việc bỏ các object ko dùng trong heap area.

• Program counter Register :  Lưu lại các địa chỉ câu lệnh của từng thread đang thực thi
• Native internal:  Nơi các native method được thực thi

1. Native method:  java method has logic in c, c++
2. Java Native Interface: điều hành giữa Native internal và Native method

JVM Architecture
 Execution engine: điều khiển việc thực thi của JVM
Class loader subsystem
Dùng để load các class vào method area để thực thi
3 types of ClassLoaders:

1)    ApplicationClassLoader
Load class từ Classpath đến nơi chứa file“.class ” .
2)    ExtensionClassLoader
Load class từ Extension Classpath, thư mục: “%JAVA_HOME%\jre\lib\ext”
3)    BootstrapClassLoader
Load class từ BootstrapClasspath, thư mục: “%JAVA_HOME%\jre\lib\rt.jar”

ClassLoader working procedure

Công cụ phát triển Java?
Để chạy ứng dụng Java, OS phải cài đặt JRE - Java Runtime Environment, Standard Edition (JRE):

• JRE là một tập con trong Java Development Kit (JDK) là bộ công cụ để phát triển Java
• JRE bao gồm máy ảo Java, các lớp Java cơ bản và các file hỗ trợ

Các ấn bản Java
J2SE ( Java 2 Platform, Second Edition)

• Một gói phát triển phần mềm từ Sun Microsystems
• Cung cấp một tập công cụ cơ bản cần thiết để viết, kiểm tra và debug các ứng dụng Java đa mục đích:
• Các ứng dụng độc lập chạy trên các nền khác nhau,
• ứng dụng cho client cho các ứng dụng doanh nghiệp
• applet,

J2EE (Java 2 Platform, Enterprise Edition (J2EE)

• Hỗ trợ phát triển các ứng dụng thương mại
• Nền tảng để xây dựng các ứng dụng phía server.

J2ME (Java 2 Platform, Micro Edition )

• Cho phép xây dựng các ứng dụng Java cho các “vi thiết bị” di động, không dây

Công cụ phát triển JDK

• SUN cung cấp một số tiện ích cho phép biên dịch bắt lỗi và tạo tài liệu cho một ứng dụng Java.
• Các trình tiện ích của JDK bao gồm:

1. javac: Bộ biên dịch Java thành bytecode
2. java: Bộ thông dịch Java, thực thi bytecode
3. appletviewer: Thông dịch Java thực thi các Java applet.
4. javadoc: Tạo tài liệu dạng HTML từ mã nguồn.
5. jdb (Java debuger): Thực hiện từng dòng trong chương trình, đặt các breakpoint, xem giá trị các biến.
6. javah: Tạo ra tập tin header của C để gọi hàm Java hoặc ngược lại.
7. javap: Trình dịch ngược java (disassembler): Hiển thị các nội dung đã dịch. (hiển thị nghĩa của bytecode)

Một số công cụ phát triển trực quan

• Sun Java Studio Creator.
• Borland JBuilder
• NetBeans.
• JDeveloper.
• Eclipse

….


Thiết lập môi trường phát triển Java

• Download và cài đặt JDK 1.5
• Thiết lập biến môi trường: PATH

C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_05\bin
Hoặc:
Tạo biến JAVA_HOME
C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_05
Thêm vào PATH:
%JAVA_HOME%\bin;

Các kiểu ứng dụng trong Java

Có hai kiểu ứng dụng

• Ứng dụng độc lập (Standalone Applicaiton) Cho phép lập trình như các ngôn ngữ lập trình khác như Pascal, C.
• Ứng dụng ký sinh (Applet) Cho phép tạo ra chương trình liên kết với các văn bản Web và được khởi động bởi trình duyệt Web Browser  hỗ trợ Java.
• Kiểu kết hợp 2 loại trên

Ứng dụng độc lập

• Tạo lập một lớp được định nghĩa bởi NSD có phương thức main() và đảm bảo được đ/n đúng
• Tên chương trình trùng với tên lớp chính có đuôi .java
• Dịch tệp chương trình (dùng javac) để tạo ra tệp mã bytecode, có đuôi là .class
• Dùng chương trình thông dịch (java) để chạy chương trình đã dịch.

A Sample Java program

Cấu trúc chương trình Java
class First // tên lớp = tên file
public static void main (String [] args)
{
// nội dung chương trình
}
Public: được phép truy nhập đối với mọi lớp từ bên ngoài và cho phép gọi để thực hiện bởi CTTD Java
Static: hàm phụ thuộc vào cả lớp (ko phụ thuộc Object cụ thể)
Void: hàm main() không cần kq trả về.
String [] args: hàm  main() có các đối số là mảng các xâu (object) args[] của String
Passing Command Line Arguments

Applet
Soạn code, ex: vd.java
Biên dịch bằng javac vd.java -> vd.class
Soạn file html (vd.html), nạp file vd.class vào:
Tên của tệp lớp applet
Kích thước của applet
Ex: <applet code="Simple.class" width=200 height=300>
</applet>
Chạy file html bằng web Browser hoặc appletviewer (JDK hỗ trợ):
appletviewer vd.html
A simple applet