زبان برنامه نویسی جاوا
تاریخچه زبان برنامه نویسی جاوا (JAVA) بر میگردد به 23 مه 1995 (برابر با 2 خرداد 1374) از سوی جیمز گاسلینگ (James Gosling) که توسط اشان طراحی شده است. جاوا به گواهی سایت معتبر Tiobe از سال 2001 همواره به عنوان اولین یا دومین زبان برنامهنویسی دنیا مطرح بوده است. در تصویر زیر درصد رتبه کسب شده این زبان را بین همه زبانهای برنامهنویسی در طی 18 سال اخیر مشاهده میکنید. همچنین، زبان برنامه نویسی COBOL نیز یکی از زبانهای برتر در حوزه تجاری و Mainframe به حساب میآید.
تا جایی که به جاوا مربوط میشود، همه چیز از اوایل دهه 1990 آغاز شد، یعنی زمانی که شرکت سان مایکروسیستمز (Sun Microsystems) شروع به توسعه نسخه بهتری از ++C کرد که بتواند به آسانی پرتابل شود، برای افراد مبتدی مطلوب باشد و به مدیریت خودکار حافظه بپردازد. تحقیقات این شرکت منجر به خلق یک زبان کاملاً جدید شد که نام آن از میان دهها نام پیشنهادی در اتاق جلسه معرفیش انتخاب شد. امروزه لوگوی جاوا به صورت فنجان قهوهای که از آن بخار میدمد، به نماد جهانی برنامهنویسی تبدیل شده است. در واقع دیگر کسی نمیداند که ارتباط برنامهنویسها با کافئین قدیمیتر است؛ یا ارتباطشان با جاوا که امروزه مترادف با قهوه است.
در این نوشته به بررسی کامل و جامع این زبان برنامهنویسی، ویژگیها، مزایا، معایب، بازار کار، کتابخانهها، کاربردها و هر آنچه که ممکن است در مورد جاوا بخواهید بدانید میپردازیم.
جاوا چیست؟
جاوا یک زبان برنامهنویسی چندمنظوره و شیگرا است که تا حدودی زیادی به C و ++C شباهت دارد؛ اما استفاده از آن آسانتر است و امکان ساخت برنامههایی قدرتمند با آن وجود دارد. البته تعریفی که شرکت سان مایکروسیستمز در سال 2000 ارائه کرده است، شاید از تعریف فوق گویاتر باشد:
جاوا زبان رایانهای ساده، شیگرا، مناسب شبکه، تفسیرشدنی، مستحکم، امن، فارغ از معماری، پرتابل، با عملکرد بالا، چندنخی و دینامیک است.
لیست لپ تاپ های مناسب برای برنامه نویسی جاوا
در ادامه هر یک از خصوصیات فوق را به طرز جداگانهای مورد بررسی قرار میدهیم:
-
جاوا یک زبان ساده است
جاوا در ابتدا بر اساس زبانهای C و ++C و با حذف برخی ویژگیهایی که قابلیت سردرگم کننده داشتند مدلسازی شد. از جمله این ویژگیها میتوان به اشارهگرها، پیادهسازی چندباره وراثت و بارگذاری بیش از حد عملگرها اشاره کرد که در جاوا حذف شدند. یکی از ویژگیهایی که در C++/C وجود نداشت؛ اما جزو ویژگیهای اساسی جاوا به شمار میآید، امکان بازیافت حافظه (garbage-collection) است که به طور خودکار اشیا و آرایههای بی استفاده را حذف میکند.
-
جاوا یک زبان شیگرا است
تمرکز شیگرایی جاوا موجب شده است که توسعهدهندگانی که از این زبان استفاده میکنند، از آن برای حل یک مسئله استفاده کنند و نه سروکله زدن با آن برای رفع محدودیتهای مسئله. این وضعیت موجب تمایز بین جاوا و C شده است. برای نمونه اگر میخواهید برنامهای برای یک حساب بانکی بنویسید، در جاوا تنها باید به ذخیرهسازی شی حساب بانکی بپردازید؛ اما در C باید وضعیت حساب (تراز حساب) و رفتارهایی مانند واریز یا برداشت را به طور مستقل برنامهنویسی کنید.
-
جاوا یک زبان مبتنی بر شبکه است
کتابخانه وسیع شبکه در جاوا باعث شده است که امکان کار با پروتکل کنترل انتقال/پروتکل اینترنت (TCP/IP) و پروتکلهای شبکه مانند HTTP (پروتکل انتقال ابرمتن) و FTP (پروتکل انتقال فایل) سادهتر شود و همچنین وظیفه ایجاد اتصالهای شبکه آسانتر گشته است. به علاوه برنامههای جاوا میتوانند از طریق شبکه TCP/IP، از طریق URLها، به اشیا دسترسی داشته باشند و این دسترسی به همان سادگی دسترسی روی سیستم فایل محلی است.
-
جاوا یک زبان تفسیر شده است
یک برنامه جاوا در زمان اجرا به طور غیر مستقیم از طریق یک ماشین مجازی (که بازنمایی نرمافزاری از یک پلتفرم فرضی است) و محیط زمان اجرای مرتبط با آن با واسطه روی یک پلتفرم زیرساخت (مانند ویندوز یا لینوکس) اجرا میشود. این ماشین مجازی بایتکدها (دستورالعملها و دادههای مرتبط) را از طریق تفسیر به دستورالعملهای خاص پلتفرم ترجمه میکند. منظور از تفسیر، عمل شناسایی معنی دستورالعملها و سپس انتخاب دستورالعملهای خاص پلتفرم برای اجرا است. در ادامه ماشین مجازی این دستورالعملهای خاص پلتفرم را اجرا میکند. این ویژگی تفسیری بودن جاوا باعث شده است که خطایابی برنامههای جاوا آسانتر شود، چون اغلب اطلاعات در زمان کامپایل در واقع در محیط اجرا وجود دارند. تفسیری بودن جاوا همچنین امکان به تأخیر انداختن پیوند بین قطعات مختلف برنامه جاوا تا زمان اجرا را فراهم ساخته است و این مسئله موجب افزایش سرعت توسعه برنامه میشود.
-
جاوا یک زبان مستحکم است
برنامههای جاوا باید قابل اعتماد باشند، زیرا هم در اپلیکیشنهای مصرفی و هم مأموریتهای حیاتی استفاده میشوند که از پخشکنندههای بلوری تا ناوبری خودرو یا سیستمهای کنترل هوایی را شامل میشود. ویژگیهای زبان جاوا که باعث استحکام آن میشوند، شامل اعلانها، بررسی دوباره نوع داده، یک بار در زمان کامپایل و بار دیگر در زمان اجرا (برای جلوگیری از عدم تطبیق نسخهها)، آرایههای واقعی با بررسی خودکار کرانها و کنار گذاشتن اشارهگرها است.
جنبه دیگری که موجب استحکام جاوا میشود، این است که حلقهها به جای عبارتهای عدد صحیح که در آن 0 برابر «نادرست» و مقادیر غیر صفر برابر با «درست» هستند، باید به وسیله عبارتهای بولی کنترل شوند. برای مثال برخلاف C، در جاوا حلقههایی مانند عبارت زیر
++while (x) x
مجاز نیستند؛ زیرا این حلقه ممکن است در جایی که انتظار میرود متوقف نشود. به جای آن باید عبارتهای بولی صریحی مانند زیر
;++while (x!= 10) x
استفاده شود، یعنی حلقه تا زمانی که x برابر با 10 شود، اجرا خواهد شد.
لیست لپ تاپ های مناسب برای برنامه نویسی جاوا
-
جاوا یک زبان امن است
برنامههای جاوا در محیطهای شبکهبندی شده/ توزیع یافته مورد استفاده قرار میگیرند. از آنجا که برنامههای جاوا میتوانند روی پلتفرمهای مختلف شبکه اجرا شوند، امن ساختن این پلتفرمها در برابر کدهای مخرب که موجب گسترش ویروسها، سرقت اطلاعات کارتهای بانکی یا اجرای اعمال خرابکارانه میشوند، امری حائز اهمیت است. ویژگیهایی که موجب استحکام زبان جاوا میشوند شامل کنار گذاشتن اشارهگرها هستند که به همراه ویژگیهای امنیتی مانند مدل امن sandbox جاوا و رمزنگاری کلید عمومی فعالیت میکنند. این دو نوع از ویژگیها در کنار هم از تأثیر ویروسها و دیگر کدهای خطرناک روی پلتفرمهای مشکوک جلوگیری میکنند. جاوا از لحاظ تئوریک امن است؛ اما در عمل آسیبپذیریهای امنیتی مختلفی شناسایی و مورد سوءاستفاده قرار گرفته است. در نتیجه در زمانهای قبل، شرکت سان مایکروسیستمز و اینک شرکت اوراکل همواره اقدام به انتشار بهروزرسانیهای امنیتی برای جاوا میکنند.
-
جاوا یک زبان فارغ از معماری است
شبکهها موجب اتصال پلتفرمهایی با معماری مختلف ریزپردازندهها و سیستمهای عامل میشوند. نمیتوان انتظار داشت که جاوا دستورالعملهای خاص پلتفرم را ایجاد کند و انتظار داشته باشد که این دستورالعملها از سوی همه انواع پلتفرمهایی که بخشی از شبکه هستند درک شود. در عوض جاوا دستورالعملهای بایتکد مستقل از پلتفرم ایجاد میکند که تفسیر آن برای هر پلتفرم (از طریق پیادهسازی JVM) آسان است.
-
جاوا یک زبان پرتابل است
عدم وابستگی به معماری موجب پرتابل شدن جاوا شده است. با این حال پرتابل بودن جاوا چیزی فراتر از مستقل بودن دستورالعملهای بایتکدها از پلتفرم است. برای مثال در نظر بگیرید که اندازه نوع عدد صحیح روی پلتفرمهای مختلف یکسان خواهد بود. برای نمونه یک نوع عدد صحیح 32 بیتی، صرفنظر از این که روی پلتفرمهای با رجیسترهای 16 بیتی، 32 بیتی یا 64 بیتی پردازش شود؛ در هر حال به صورت علامتدار بوده و 32 بیت از حافظه را اشغال میکند. کتابخانههای جاوا نیز به پرتابل بودن آن کمک میکنند. این کتابخانهها در موارد ضروری، انواع دادهای را ارائه میکنند که به روشی تا حد امکان پرتابل، کد جاوا را به قابلیتهای خاص پلتفرم متصل میسازد.
-
جاوا یک زبان با عملکرد بالا است
ویژگی تفسیری بودن جاوا موجب شده است عملکرد بالایی داشته باشد که در اکثر موارد بیش از حد کفایت است. جاوا در مورد اپلیکیشنهای با عملکرد بسیار بالا از کامپایل درجا (just-in-time) استفاده میکند یعنی دستورالعملهای بایتکد تفسیر شده را تحلیل میکند و دستورهای تفسیر شده با بسامد بالا را به دستورالعملهای خاص پلتفرم کامپایل میکند. تلاشهای بعدی برای تفسیر این دستورالعملهای بایتکد موجب اجرای همان دستورالعملهای خاص پلتفرم میشود و به این ترتیب عملکرد نرمافزار را ارتقا میبخشد.
-
جاوا یک زبان چند نخی (multithread) است
جاوا برای بهبود عملکرد برنامههایی که چندین وظیفه را به یک باره اجرا میکنند، از مفهوم اجرای چند نخی پشتیبانی میکند. برای نمونه برنامهای که رابط گرافیکی کاربر (GUI) را مدیریت میکند و در همین حال منتظر ورودی از یک اتصال شبکه است، از نخ (thread) دیگری به جای نخ GUI برای این انتظار استفاده میکند. بدین ترتیب رابط گرافیکی برنامه همچنان پاسخگو است. ابتکارهای همگامسازی جاوا به نخها اجازه میدهد که دادهها را بدون هیچ تأثیر مخربی بین خود مبادله کنند.
-
جاوا یک زبان پویا (دینامیک) است
به دلیل ارتباطهای متقابل بین کد برنامه و کتابخانهها که در زمان اجرا به صورت دینامیک صورت میپذیرند، نیازی به ایجاد لینک صریح بین آنها وجود ندارد. در نتیجه زمانی که یک برنامه یا یکی از کتابخانههای آن تکامل مییابد (برای مثال باگ اصلاح میشود یا عملکرد بهبود مییابد) توسعهدهنده تنها باید برنامه یا کتابخانه بهروزرسانی شده را منتشر سازد. با این که رفتار دینامیک جاوا موجب شده است به کد کمتری هنگام تغییر کد نیاز باشد؛ اما این روش انتشار میتواند موجب تداخلهایی نیز بشود. برای نمونه یک توسعهدهنده ممکن است یک نوع کلاس را از یک کتابخانه حذف کند یا نام آن را تغییر دهد. وقتی شرکتی کتابخانه به روز شده را منتشر میکند، برنامههای موجود که به آن نوع کلاس وابسته هستند از کار میافتند. برای حل این مشکل جاوا از نوع رابط (interface type) پشتیبانی میکند که مانند تعامل بین دو طرف است.
با توجه به ویژگیهای فوق متوجه میشویم که جاوا علاوه بر نوعی زبان، یک پلتفرم برنامهنویسی نیز محسوب میشود. این پلتفرم از دو بخش مهم تشکیل یافته است که شامل ماشین مجازی جاوا و محیط اجرایی جاوا است.
لیست لپ تاپ های مناسب برای برنامه نویسی جاوا
ریشههای پیدایش جاوا
جاوا از سوی تیمی در شرکت سان مایکروسیستمز به رهبری جیمز گاسلینگ توسعه یافته و در سال 1995 منتشر شد. این زبان متعاقباً از سوی شرکت اوراکل خریداری شده است.
هدف اصلی خالقان جاوا این بوده که زبانی را ایجاد کنند که بتوانند آن را روی کاربردهای مصرفی اجرا کنند. این طراحان میتوانستهاند دنیایی را تصور کنند که در آن کدها روی یخچال یا دستگاه توستر اجرا میشوند، یعنی آن چه که امروز به نام اینترنت اشیا میشناسیم. ما تنها در طی سالهای اخیر دستگاههایی ساختهایم که چنین قابلیتهایی داشته باشند و از این رو باید گفت که این طراحان اولیه بسیار از زمان خود جلوتر بودهاند. هدف طراحی این زبان منجر به چنین معماری برای آن شده است. یکی از شعارهای مهم زبان برنامه جاوا چنین است: «یک بار بنویس، همه جا اجرا کن». به بیان دیگر شما با جاوا میتوانید کدی بنویسید که آن را برای اجرای روی هر نوع دستگاهی کامپایل کنید.
اما نکته جالب این است که جاوا به دلیل این ویژگی خود محبوب نشده است؛ بلکه از مزیت فناوری نوظهوری که در همان نیمههای دهه 90 میلادی ظهور یافت و چهره دنیا را دگرگون ساخت بهره گرفت؛ منظور ما فناوری وب است. جاوا این قابلیت را داشت که با آن میشد برنامههایی به نام applet نوشت. این اپلتها برنامههای کوچکی بودند که میشد داخل مرورگرهای وب آنها را اجرا کرد. با رشد خیرهکننده وب جاوا نیز سوار این موج شد و به یک زبان برنامهنویسی بسیار محبوب تبدیل شد. بدین ترتیب علیرغم این که قصد اولیه طراحان این زبان چیز دیگری بود؛ اما بسیاری از وب اپلیکیشنها به زبان جاوا نوشته شدند.
واقعیت این است که طراحان اولیه زبان برنامهنویسی تا حدود زیادی تحت تأثیر زبانهایی مانند C و ++C بودهاند و جاوا نیز شباهتهای دستور زبانی زیادی با این زبانها دارد. خالقان جاوا از این زبانها به عنوان نمونهای برای انجام کارها استفاده کردند و از این رو ویژگیهای خاصی وجود داشتند که طراحان جاوا قصد نداشتند در جاوا آنها را پیادهسازی کنند، چون قبلاً ثابت شده بود که در C و C++ موجب بروز مشکلاتی میشوند.
نسخههای مختلف جاوا
شرکت سان مایکروسیستمز، کیت توسعه نرمافزاری (JDK) شماره 1.0 جاوا را در سال 1995 منتشر کرده است. این JDK نخست برای توسعه اپلیکیشنهای دسکتاپ و اَپلت (applet) مورد استفاده قرار گرفت. متعاقباً جاوا برنامهنویسی دستگاههای موبایل و سرورهای تجاری را نیز در این کیت میسر ساخت. ذخیرهسازی همه کتابخانهها در یک JDK منفرد باعث شده که این کیت بسیار بزرگتر از حد مناسب برای توزیع شود. البته باید این نکته را در نظر داشته باشید که توزیع نرمافزارها در دهه 1990 توسط CD های اندازه کوچک و یا از طریق سرعتهای پایین شبکه صورت میگرفته است. از آنجا که اغلب توسعهدهندگان به همه API ها نیاز نداشتند (یک توسعهدهنده اپلیکیشنهای دسکتاپ به ندرت به API های سرورهای تجاری نیاز پیدا میکند) شرکت Sun این مشکل توزیع را با تقسیم جاوا به سه نسخه حل کرد. این نسخهها نهایتاً به نام JAVA SE، JAVA EE و JAVA ME نامیده شدند که در ادامه هر کدام را توضیح دادهایم.
- پلتفرم جاوا، نسخه استاندارد (Java SE)- این نسخه از جاوا برای توسعه اپلیکیشنهای سمت کلاینت که روی رایانههای رومیزی اجرا میشوند، و اپلتها که روی مرورگرهای وب اجرا میشوند، طراحی شده است.
- پلتفرم جاوا نسخه انترپرایز (Java EE)- این نسخه از جاوا بر مبنای JAVA SE طراحی شده و به طور انحصاری برای توسعه اپلیکیشنهای سرور با گرایش سازمانی استفاده میشود. اپلیکیشنهای سمت سرور شامل سرولتها (Servlet) میشود که برنامههای جاوای مشابه اپلت هستند؛ اما به جای کلاینت روی سرور اجرا میشوند. سرولتها از API Java EE Servlet استفاده میکنند.
- پلتفرم جاوا، نسخه میکرو (Java ME) – این نسخه از جاوا بر مبنای JAVA SE طراحی شده است. این پلتفرم برای توسعه میدلتها (MIDlet) استفاده میشود که برنامههای جاوایی هستند که روی دستگاههای اطلاعاتی موبایل اجرا میشوند. ایکسلت (Xlet) ها نیز برنامههای جاوایی هستند که روی دستگاههای مونتاژی اجرا میشوند.
JAVA SE پلتفرم اصلی جاوا است و پلتفرمهای دیگر بر مبنای آن طراحی شدهاند.
لیست لپ تاپ های مناسب برای برنامه نویسی جاوا
پلتفرم جاوا
جاوا هم یک زبان برنامهنویسی و هم پلتفرمی برای اجرای کد جاوای کامپایل شده است. این پلتفرم به طور عمده شامل JVM است؛ اما محیط اجرایی را نیز شامل میشود که از اجرای JVM روی پلتفرمهای زیرساختی بومی پشتیبانی میکند. JVM خود شامل چند جزء برای بارگذاری، تأیید و اجرای کد جاوا است. در تصویر زیر شیوه اجرای یک کد جاوا روی این پلتفرم را مشاهده میکنید.در بخش فوقانی نمودار فوق یک سری از فایلهای کلاس برنامه را مشاهده میکنید که یکی از آنها به نام فایل کلاس اصلی نامیده شده است. برنامه جاوا دست کم باید یک فایل کلاس اصلی داشته باشد که نخستین کلاسی است که بارگذاری، تأیید و اجرا خواهد شد.
JVM بارگذاری کلاس را به مولفه classloader میسپارد. Classloader فایلهای کلاس را از منابع مختلف مانند سیستمهای فایل، شبکهها و فایلهای فشرده بارگذاری میکند. این مولفه، JVM را از مسائل و مشکلات مرتبط با بارگذاری کلاس بر حذر میدارد.
یک فایل کلاس بارگذاری شده در حافظه نگهداری میشود و به صورت یک شی ایجاد شده از کلاس Class نمایش مییابد. هنگام بارگذاری، bytecode verifier دستورالعملهای مختلف بایتکد را بررسی میکند تا مطمئن شود که معتبر هستند و امنیت را به مخاطره نمیاندازند.
اگر بایتکد فایل کلاس معتبر نباشد، JVM خاتمه مییابد. در غیر این صورت مولفه مفسر آن، بایتکد را یک به یک به دستورالعملها تفسیر میکند. در این فرایند تفسیر، دستورالعملهای بایتکد شناسایی شده و دستورالعملهای بومی معادل آنها اجرا میشوند.
برخی توالیهای دستورالعملهای بایتکد بیش از دیگر موارد تکرار میشوند. وقتی مفسر این موقعیت را تشخیص میدهد، کامپایلر درجای JVM به نام JIT این توالیهای بایتکد را به کد بومی کامپایل میکند تا سریعتر اجرا شوند.
در زمان اجرا، مفسر معمولاً با درخواستی برای اجرای بایتکد فایل کلاس دیگر مواجه میشود که به این برنامه یا یک کتابخانه تعلق دارد. در چنین مواردی classloader فایل کلاس را بارگذاری میکند و bytecode verifier بایتکد فایل کلاس بارگذاری شده را پیش از اجرا تأیید میکند. همچنین در زمان اجرا نیز دستورالعملهای بایتکد ممکن است از JVM بخواهند که یک فایل را باز کند، چیزی را روی صفحه نمایش دهد، صدایی ایجاد کند یا وظیفه دیگری انجام دهد که نیازمند همکاری با پلتفرم بومی است. در این موارد JVM با استفاده از رابط بومی جاوا (JNI) که یک پل فناوری برای تعامل با پلتفرم بومی برای اجرای وظایف است این کار را انجام میدهد.
لیست لپ تاپ های مناسب برای برنامه نویسی جاوا
نوع دینامیک یا نوع استاتیک
جاوا یک زبان برنامهنویسی با نوع استاتیک است در حالی که زبانهای برنامهنویسی دیگری مانند روبی (Ruby)، پایتون (Python)، و جاوا اسکریپت زبانهایی از نوع دینامیک محسوب میشوند. اکثر افراد به بحث تفاوت بین زبانهای با نوع استاتیک و دینامیک علاقهمند هستند.
نوع دینامیک
اگر تاکنون تجربه عملی برنامهنویسی داشته باشید، با مفهوم متغیر آشنا هستید. در زبانهای با نوع دینامیک مانند روبی یا جاوا اسکریپت میتوان متغیری را بدون این که نوع داده ذخیره شدهاش معین باشد، اعلان کرد. این متغیر از نوع دینامیک است و مقدار آن میتواند هر چیزی مانند یک عدد، جمله و یا غیره باشد.
نوع استاتیک
هنگامی که با دادهها در زبانهای از نوع استاتیک مانند جاوا سر و کار داریم، باید در زمان اعلان متغیر دقیقاً مشخص کنیم که متغیر چه نوع دادهای را نگهداری خواهد کرد. برای نمونه این متغیر حاوی عدد خواهد بود یا متغیر دیگر متن را ذخیره میکند و متغیر سوم حاوی تاریخ خواهد بود. این بدان معنی است که یک زبان از نوع استاتیک ساختار بیشتری را شامل میشود. برخی از انواع خطاهایی که برنامهنویسها مرتکب میشوند، توسط ابزارهایی که جاوا در اختیار ما قرار میدهد، حتی پیش از اجرای برنامه، قابل تشخیص هستند. با این حال در صورتی که در زبانهای از نوع دینامیکی مانند روبی یا پایتون برنامهنویسی کنید، چنین خطاهایی تا زمان اجرای برنامه و مواجهه با از کار افتادن برنامه قابل تشخیص نخواهند بود.
بدین ترتیب در زبانهای برنامهنویسی از نوع استاتیک یک لایه اضافی از کدنویسی وجود دارد که باید انواع همه متغیرها از قبل مورد تفکر قرار گرفته و مشخص شود. بنابراین یادگیری زبانهای از نوع دینامیک برای کسانی که اولین زبان برنامهنویسیشان از نوع استاتیک بوده است، بسیار آسانتر از مسیر معکوس آن خواهد بود.
چه زبانهایی از جاوا مشتق شدهاند؟
برخی زبانها مانند اسکالا (Scala) و گرووی (Groovy) وجود دارند که برای اجرا روی JVM طراحی شدهاند و یا زبانهایی هستند که برای اجرا روی محیط جاوا توسعه یافتهاند. همچنین ممکن است برخی افراد ادعا کنند که زبان C# تا حدود زیادی تحت تأثیر جاوا توسعه یافته است. زبان سی شارپ مایکروسافت پس از جاوا توسعه یافت و به طور خاص به مقدار زیادی از جاوا الهام گرفته است. سی شارپ موجب برخی بهبودها در جاوا نیز شده است و از این رو این دو زبان به طور متقابل بر هم تأثیرگذار بودهاند.
جاوا چه تفاوتی با جاوا اسکریپت دارد؟
هیچ رابطه فنی بین جاوا و جاوا اسکریپت وجود ندارد و این دو، دو زبان کاملا مستقل هستند. جاوا اسکریپت از سوی نت اسکیپ (Netscape) در دهه 90 میلادی توسعه یافته است و در ابتدا LiveScript نامیده میشد. زمانی که نت اسکیپ دید هیچ کس از LiveScript استفاده نمیکند و جاوا محبوبیت روزافزونی دارد، نام آن را به جاوا اسکریپت تغییر داد تا بتوانند از این موج محبوبیت جاوا بهرهمند شوند. در واقع این ایده موفق بود و جاوا اسکریپت نیز محبوب شد؛ اما از منظر فنی هیچ رابطهای بین این دو وجود ندارد و صرفاً دارای تشابه اسمی هستند. شاید تنها مشابهت فنی بین جاوا و جاوا اسکریپت را در این بدانیم که هر دو آنها دستور زبانشان را از زبان برنامهنویسی C گرفتهاند. به همین دلیل اگر با جاوا آشنا باشید، در این صورت یادگیری جاوا اسکریپت آسان خواهد بود و برعکس.
لیست لپ تاپ های مناسب برای برنامه نویسی جاوا
فریمورکهای جاوا چه هستند؟
نکته جالب در مورد جاوا این است که یک زبان برنامهنویسی چندمنظوره محسوب میشود و از این رو در محیطهای بسیار متفاوتی مورد استفاده قرار میگیرد. جاوا اصولاً به منظور استفاده روی پلتفرمهای مختلف طراحی شده است و بنابراین میتوان آن را روی ماشینهای لینوکس، یونیکس باکس، مک، ویندوز یا حتی گوشی تلفن همراه اجرا کرد. در واقع میتوان گفت که جاوا را میشود همه جا استفاده کرد.
با این که جاوا شاید زبان چندان سرراستی نباشد؛ اما شما مجبور نیستید کدهای جاوا را از صفر بنویسید. فریمورکهای عالی زیادی برای جاوا وجود دارند که با آنها میتوان اپلیکیشنهای وب، موبایل، میکروسرویس و REST API هایی نوشت که روی ماشین مجازی جاوا اجرا میشوند.
فریمورکهای جاوا امکان تمرکز روی منطق تجاری اپلیکیشن به جای نوشتن کارکردهای ابتدایی مانند ایجاد اتصال به پایگاه داده یا مدیریت خطاها را فراهم میسازند. ضمناً اگر تجربه کدنویسی با جاوا را داشته باشید، با استفاده از فریمورکها میتوانید بسیار سریعتر کار برنامهنویسی را آغاز کنید. همه فریمورکها از دستور زبان یکسانی استفاده میکنند و اصطلاحها، پارادایمها و مفاهیم یکسانی از زبان برنامهنویسی جاوا ارائه میکند. در ادامه برخی از محبوبترین فریمورکهای جاوا را معرفی میکنیم:
blade یک فریمورک سبک و با عملکرد بالا برای جاوا است که امکان ساخت اپلیکیشنهای وب سریع به روشی سرراست را فراهم میسازد. خالقان این فریمورک هدفشان این بوده است که کاربران آن بتوانند در طی یک روز آن را درک کنند. از این رو blade روی سادگی و ظرافت متمرکز شده است.فریمورک blade از الگوی طراحی نرمافزار MVC یعنی «مدل-نما-کنترلر» (Model-View-Controller) استفاده میکند. درک طراحی این فریمورک آسان است، چون به هیچ کتابخانه شخص ثالث وابسته نیست و لایههای زیادی را نیز شامل نمیشود. blade بر مبنای جاوا 8 طراحیشده است و یک وبسرور Netty و موتور templete نیز در داخل فریمورک جاسازی شده است. این فریمورک اثرات جانبی کمی دارد و کل کد منبع آن کمتر از 500 کیلوبایت است.شما با استفاده از blade به رابط مسیریابی به سبک RESTful دسترسی مییابید و میتوانید اپلیکیشن خود را به عنوان یک پروژه maven ابتدایی توزیع کنید. این فریمورک ویژگیهای امنیتی داخلی دارد که برای مثال از دفاع CSRF و XSS استفاده میکند. blade فریمورک کارآمدی است چون از افزونهها و منابع webjar پشتیبانی میکند. مستندات روی سایت اصلی (https://lets-blade.com) به زبان چینی است. با این حال روی ریپو گیتهاب (https://github.com/lets-blade/blade) مستندات به زبان انگلیسی نیز وجود دارد.
مزیتهای جاوا در چیست؟
با این که جاوا دیگر تنها زبانی نیست که برای توسعه اپلیکیشنهای اندرویدی استفاده میشود؛ و دیگر به هیچ وجه تنها گزینه برای برنامهنویسی وب محسوب نمیشود؛ اما جاوا همچنان در این عرصهها حضور دارد. همه این توفیق را نمیتوان صرفاً به قدمت آن نسبت داد، فلذا در ادامه برخی از مزیتهای جاوا را بررسی میکنیم
-
برنامهنویسی شیگرا
جاوا، برنامهنویسی شیگرا (Object-oriented) را کاملاً پذیرفته است. منظور از برنامهنویسی شیگرا سبکی از کدنویسی است که در آن نه تنها انواع داده و ساختمان داده تعریف میشوند؛ بلکه مجموعه توابع مورد استفاده این دادهها نیز تعریف میشوند. بدین ترتیب ساختمان داده تبدیل به یک شی میشود که میتوان آن را برای ایجاد روابطی بین شیهای مختلف دستکاری کرد.
برخلاف رویکرد متضادش یعنی برنامهنویسی رویهای (procedural programming) که در آن یک توالی از دستورالعملها با استفاده از متغیرها و توابع استفاده میشوند؛ در برنامهنویسی شیگرا امکان گروهبندی این متغیرها و توزیع بر اساس زمینه ارائه شده است و از این رو میتوان آنها را بر اساس زمینههایی که هر شی خاص دارد، نامگذاری کرده و مورد ارجاع قرار داد.
لیست لپ تاپ های مناسب برای برنامه نویسی جاوا
چرا شیگرایی یک مزیت محسوب میشود؟
- در این روش میتوان شیها را در برنامههای دیگر به آسانی استفاده کرد
- با واداشتن شیها به مخفی کردن اطلاعاتی که نباید به آسانی مورد دسترسی قرار گیرند، از برخی خطاها جلوگیری میشود.
- در این روش برنامهها به خصوص برنامههای پیچیده و بزرگ، به روش سازمانیافتهتر و از پیش برنامهریزیشدهتری ایجاد میشوند.
- در این روش نگهداری کد و نوسازی کدهای قدیمی آسانتر است.
-
زبان سطح بالا با دستور زبان ساده و یادگیری نسبتاً آسان
جاوا یک زبان سطح بالا است، یعنی شباهت زیادی با زبان انسان دارد. برخلاف زبانهای سطح پایین که به کد ماشینی شبیه هستند، زبانهای سطح بالا باید با استفاده از کامپایلرها و مفسرها تبدیل شوند. این فرایند سادهسازی موجب میشود که نوشتن، خواندن و نگهداری زبان آسانتر شود.
جاوا دستور زبان (به معنی قواعد و ساختارهای مورد استفاده از سوی برنامهنویسان) خود را از ++C اخذ کرده است و به همین دلیل ساختاری شبیه به کد C دارد. با این وجود بسیار سادهتر است و به افراد مبتدی امکان یادگیری سریعتر فناوری و کدنویسی مؤثرتر برای رسیدن به نتایج مشخص را ارائه میکند.
جاوا ممکن است به قدر پایتون برای افراد مبتدی مطلوب نباشد؛ اما هر توسعهدهندهای با درکی مقدماتی از فریمورکها، بستهها، کلاسها و اشیا میتواند الگوی آن را خیلی زود متوجه شود. جاوا سرراست و دارای نوعهای کاملاً تعریف شده است که انتظارات کاملاً مشخصی دارد و بدین سبب باعث میشود خیلی زود تفکر شما در مسیر صحیح قرار گیرد. علاوه بر آن راهنماها و دورههای آموزشی رایگان بسیار زیادی روی اینترنت وجود دارد که به افراد مبتدی کمک میکند جاوا را بسیار سریع بیاموزند.
-
استاندارد برای محاسبات سازمانی
اپلیکیشنهای سازمانی (Enterprise) بزرگترین دارایی جاوا هستند. این روند به دهه 90 میلادی باز میگردد که سازمانها شروع به جستجوی ابزارهای برنامهنویسی مستحکمی کردند که از جنس C نباشند. جاوا از کتابخانههای زیادی پشتیبانی میکند که بلوکهای سازنده هر سیستم سازمانی هستند و این مسئله به توسعهدهندگان کمک کرد تا هر کارکردی که یک شرکت لازم داشت را با استفاده از جاوا بنویسند. البته افراد با استعداد زیادی که جاوا میدانستند نیز بیتأثیر نبود. جاوا زبانی است که در اغلب مدارس و دانشگاهها به عنوان یک مقدمه برای برنامهنویسی رایانهای محسوب میشود. علاوه بر این قابلیتهای یکپارچه شدن جاوا بسیار وسیع است، چون اغلب ارائهدهندههای خدمات میزبانی از جاوا پشتیبانی میکنند. نکته آخر این که نگهداری جاوا نسبتاً ارزان است، چون به سختافزار خاصی وابسته نیست و میتواند روی سرورهایی از هر نوع اجرا شود.
-
کاهش ریسکهای امنیتی
ممکن است شنیده باشید که جاوا زبان برنامهنویسی امنی است؛ اما این گزاره کاملاً صحیح نیست. خود زبان نمیتواند در برابر آسیبپذیریها حفاظتی ایجاد کند، بلکه برخی از ویژگیهای آن هستند که میتوانند شما را در برابر رخنههای امنیتی رایج محافظت کنند. نخستین ویژگی در قیاس با C این است که جاوا از اشارهگرها استفاده نمیکند. اشارهگر شیئی است که آدرس حافظه یک مقدار دیگر را نگهداری میکند و موجب میشود که دسترسی ناخواستهای به حافظه ایجاد شود. ویژگی دوم است که جاوا یک ابزار مدیریت امنیت دارد که نوعی سیاست امنیتی برای هر اپلیکیشن است و در آن قواعد دسترسی خاصی تعریف میشود. بدین ترتیب امکان اجرای اپلیکیشنهای جاوا درون یک sandbox وجود دارد و بدین ترتیب ریسک آسیب حذف میشود.
-
عدم وابستگی به پلتفرم (یک بار بنویس، همه جا اجرا کن)
شعار «یک بار بنویس، همه جا اجرا کن» به اختصار WORA یک عبارت مشهور برنامهنویسی است که شرکت سان مایکروسیستمز معرفی کرد تا قابلیتهای چند پلتفرمی جاوا را توصیف کند. معنی این شعار آن است که میتوان برنامه جاوا را برای مثال روی ویندوز نوشت، آن را به بایتکد تبدیل کرد و این اپلیکیشن را روی هر پلتفرم دیگری که از ماشین مجازی جاوا (JVM) پشتیبانی میکند، اجرا کرد. در این حالت JVM یک سطح تجرید بین کد و سختافزار ایجاد میکند.همه سیستمهای عامل عمده شامل ویندوز، مکاواس، و لینوکس از JVM پشتیبانی میکنند. به جز در مواردی که برنامه شما تکیه زیادی روی ویژگیهای خاص پلتفرم و UI داشته باشد، میتوانید اگر چه نه همه؛ اما بخش عمدهای از بایتکد را روی همه این سیستمهای عامل به اجرا بگذارید.
-
زبان توزیع یافته برای همکاری ریموت آسان
جاوا به عنوان یک زبان توزیع یافته طراحی شده است، یعنی سازوکاری درونی برای اشتراک دادهها و برنامهها میان چند رایانه برای بهبود عملکرد و کارایی دارد.برخلاف زبانهای دیگر که باید از API های بیرونی برای توزیع استفاده شود، جاوا این فناوری را در هسته خود ارائه کرده است. روش خاص جاوا برای محاسبات توزیع یافته به نام فراخوانی متد از راه دور یا «Remote Method Invocation» (RMO) نامیده میشود. با استفاده از RMI میتوان همه مزیتهای جاوا مانند امنیت، عدم وابستگی به پلتفرم، و برنامهنویسی شیگرا را در محاسبات توزیع یافته وارد کرد. علاوه بر این جاوا از برنامهنویسی Socket و روش توزیع CORBA برای اشتراک شیها بین برنامههای نوشته شده به زبانهای مختلف، پشتیبانی میکند.
-
مدیریت خودکار حافظه
توسعهدهندههای جاوا به لطف مدیریت حافظه خودکار آن (AMM) که در زبان برنامهنویسی سوئیفت (Swift) نیز استفاده میشود، نباید نگران نوشتن دستی کد برای وظایف مدیریت حافظه باشند. ضمناً بازیافت حافظه (garbage collection) اپلیکیشنی است که به طور خودکار تخصیص و آزادسازی حافظه را مدیریت میکند. شاید بپرسید بازیافت حافظه دقیقاً به چه معنا است؟
کارایی یک برنامه به طور مستقیم با حافظه ارتباط دارد و حافظه محدود است. هنگام استفاده از زبانهای برنامهنویسی با مدیریت دستی حافظه، توسعهدهندگان با ریسک فراموش کردن تخصیص حافظه مواجه هستند که منجر به افزایش استفاده از حافظه و کند شدن برنامه و سیستم میشود. بازیاب حافظه (garbage collector) میتواند شیهایی که دیگر از سوی برنامه شما ارجاعی ندارند را شناسایی کرده و حذفشان کند. علیرغم این واقعیت که این وضعیت روی جنبه CPU برنامه تأثیر منفی میگذارد؛ اما میتوان با بهینهسازی یا تنظیم دقیق این تأثر منفی را کاهش داده یا به کلی از آن جلوگیری کرد.
-
چندنخی (Multithreading)
نخ (thread) در برنامهنویسی به کوچکترین واحد پردازشی گفت میشود. جاوا برای بیشینه ساختن بهرهبرداری از زمان CPU امکان اجرای همزمان نخها را میدهد و این فرایند اجرای چند نخی نام دارد.
نخها ناحیه مشترکی از حافظه را اشغال میکنند، بنابراین سوئیچ کردن بین آنها به زمان اندکی نیاز دارد. با این حال نخها مستقل از هم هستند و از این رو اگر نخی با خطا مواجه شود، روی نخهای دیگر تأثیری ندارد. این وضعیت به طور خاص در مورد بازیها و برنامههایی که انیمیشنهای سنگین دارند، مفید است.
-
ثبات و جامعه عظیم
جاوا به لطف جامعه بزرگ پشتیبانیکننده، حمایت اوراکل و همچنین نعمت اپلیکیشنها و زبانهایی که همچنان روی JVM اجرا میشوند چنین عمر درازی یافته است. علاوه بر این، نسخههای جدیدتر جاوا با ویژگیهای جدید و جذاب به طور منظمی منتشر میشوند.
جامعه توسعهدهندههای جاوا نیز بیهمتا است. در حدود 45 درصد از افرادی که در پیمایش سال 2018 استکاورفلو شرکت کردهاند از جاوا استفاده میکنند. جاوا اکوسیستم بزرگی از کتابخانهها و فریمورکهای کاملاً تست شده برای هر نوع کاربردی دارد. به احتمال بالا جاوا نخستین زبانی است که اغلب توسعهدهندگان میآموزند، چون بیش از 1000 دوره آموزشی مرتبط با جاوا روی Udemy و بیش از 300 مورد روی Coursera وجود دارد.
لیست لپ تاپ های مناسب برای برنامه نویسی جاوا
معایب برنامهنویسی جاوا چیست ؟
اگر همه مزایای جاوا را تا اینجا خوانده باشید، شاید مشتاقانه قصد دارید در پروژه بعدی خود از زبان برنامهنویسی جاوا استفاده کنید؛ اما از آنجا که هیچ گلی بیخار نیست، باید گفت که جاوا نیز معایبی دارد که در ادامه به برخی از آنها اشاره کردهایم.
-
لایسنس تجاری پولی
شرکت اوراکل اخیراً اعلام کرده است که از ابتدای سال 2019 استفاده از نسخه JAVE SE 8 در محیطهای تجاری، کسب و کار یا production نیازمند پرداخت هزینه خواهد بود. بدین ترتیب برای دریافت همه اصلاحیههای باگ و بهروزرسانیها باید بر اساس تعداد کاربران یا تعداد پردازندهها هزینهای پرداخت کنید.
امروزه نسخه کنونی جاوا رایگان است و امکان بازتوزیع آن برای محاسبات با مقاصد عمومی وجود دارد. اما در جهت آمادهسازی برای طرح پولی، هر شرکت باید میزان استفاده از جاوا را ارزیابی کرده و در صورتی که ارتقا به نسخه پولی مقرونبهصرفه نباشد، به دنبال فناوریهای جایگزین برود.
-
عملکرد پایین
هر زبان سطح بالایی خواهناخواه به دلیل مسئله کامپایل و سطح تجرید به یک ماشین مجازی باید با مشکل عملکرد پایین دست و پنجه نرم کند. با این وجود، این تنها دلیل انتقاد عمومی از سرعت پایین جاوا نیست. ابزار بازیاب حافظه (garbage collector) جاوا یک ویژگی مفید است؛ اما متأسفانه در صورتی که بیش از 20 درصد زمان CPU را اشغال کند، میتواند منجر به مسائل مهم عملکردی بشود. پیکربندی کَش بد نیز میتواند منجر به استفاده بیش از حد از حافظه و کاربرد زیاد ابزار بازیابی حافظه شود. همچنین برخی بنبستهای نخ وجود دارند که وقتی چند نخ سعی میکنند به منابع یکسانی دسترسی یابند رخ میدهند و در این وضعیت کابوس هر توسعهدهنده جاوا یعنی خطاهای «خارج از حافظه» (out-of-memory) رخ میدهند. با این که هر یک از این مسائل با برنامهریزی ماهرانه قابل پیشگیری هستند؛ اما در برخی موارد روی هم جمع میشوند و آسیبهای مختلفی ایجاد میکنند.
-
جاوا روی دسکتاپ ظاهر و شمایل یکسانی ندارد
توسعهدهندگان برای ایجاد رابط گرافیکی برنامه (GUI) از ابزارهای مختلفی که خاص هر زبان استفاده میکنند. بدین ترتیب برای اپلیکیشنهای اندروید نرمافزار اندروید استودیو وجود دارد که به ایجاد اپلیکیشنهایی که حس و ظاهر بومی دارند کمک میکند. با این حال وقتی در مورد UI اپلیکیشنهای دسکتاپ صحبت میکنیم، جاوا فاقد شکل و شمایل شایان ذکری است.
چند سازنده UI مانند Swing، SWT، JavaFX، JSF وجود دارند که برنامهنویسهای جاوا میتوانند از میان آنها انتخاب کنند و این مورد آخر از همه محبوبتر است. Swing یک سازنده GUI قدیمی؛ اما مطمئن چند پلتفرمی و ادغام شده در چندین IDE شامل ایکلیپس و NetBeans است. اما به جز در موارد استفاده از قالبهای از پیشساخته مواردی از ناسازگاری در رابط مشاهده خواهید کرد. SWT از مولفههای بومی استفاده میکند؛ اما برای UI های پیچیده مناسب نیست. JAVAFX ظاهر تمیز و مدرنی دارد؛ اما چندان به بلوغ نرسیده است. در مجموع انتخاب یک رویکرد کاملاً مناسب برای ساخت GUI اپلیکیشن نیازمند تحقیقات بیشتری است.
-
کد طولانی و پیچیده
منظور ما از کد طولانی این است که کدهای جاوا از کلمات زیادی استفاده میکنند. با این که این وضعیت هنگام تلاش برای درک زبان برنامهنویسی، شاید یک مزیت به حساب بیاید؛ اما جملههای طولانی و بسیار پیچیده باعث میشوند که کد خوانایی کمتری داشته باشد و نتوان به سادگی آن را اسکن کرد. زبانهای سطح بالای زیادی در تلاش برای تقلید از زبان انگلیسی موجب شدهاند که شلوغی زیادی در کد ایجاد شود. جاوا برای کاهش کد غیر قابل درک C++ ایجاد شده تا برنامهنویسان را وادارد دقیقاً آنچه در نظر دارند را تایپ کنند. همین نکته باعث شده است که این زبان شفافیت بیشتری برای افراد غیر خبره داشته باشد؛ اما از سوی دیگر متأسفانه فشردگی آن کاهش یافته است.
اگر جاوا را با رقیبش پایتون مقایسه کنیم، میبینیم که کد پایتون نیاز به نقطهویرگول انتهایی ندارد و از «and»، «or» و «not» به جای عملگرهای «&&»، «||» و «!» در جاوا به عنوان عملگر استفاده میکند. به طور کلی پایتون تشریفات کمتری مانند پرانتز و آکولاد دارد.
و در پایان
فناوری جاوا به معنی ترکیبی از زبان برنامهنویسی جاوا و پلتفرم اجرایی آن JVM برای توسعه طیف گستردهای از اپلیکیشنها از دستگاههای مصرفی تا سیستمهای سازمانی ناهمگون مورد استفاده قرار میگیرد. زبان جاوا مانند هر زبان برنامهنویسی دیگری دستور زبان، ساختار و پارادایم برنامهنویسی خاص خود را دارد. پارادایم برنامهنویسی این زبان مبتنی بر مفهوم شیگرایی است. زبان جاوا را میتوان یکی از مشتقات زبان C دانست و قواعد ساختاری آن نیز شبیه C است.
در این مطلب سعی کردیم جمعبندی کاملی از جوانب مختلف در مورد زبان برنامهنویسی جاوا به عنوان محبوبترین زبان برنامهنویسی سالهای آخر در دنیا داشته باشیم و معایب و مزایای آن را بررسی کردیم. در ادامه فریمورکهایی که برای جاوا وجود دارند را معرفی نمودیم و ویژگیهای این زبان را در قیاس با زبانهای دیگر به تفصیل مورد بررسی قرار دادیم. چشمانداز بازار کار و وضعیت درآمد برنامهنویسان این زبان نیز ارائه شده است. در نهایت دورههای آموزشی که برای یادگیری این زبان وجود دارند را معرفی کردهایم.