مطالب مشابه
زبان برنامه نویسی جاوا (JAVA) در 23 مه 1995 (برابر با 2 خرداد 1374) از سوی جیمز گاسلینگ (James Gosling) 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.
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.
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.
زبان برنامه نویسی جاوا (JAVA)
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.
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.
زبان برنامه نویسی جاوا (JAVA)
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.
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.
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.
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.
جمع بندی
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.
