Как выполняются программы на java

Основы программирования на Java

Основным строительным блоком программы на языке Java являются инструкции (statement). Каждая инструкция выполняет некоторое действие, например, вызовы методов, объявление переменных и присвоение им значений. После завершения инструкции в Java ставится точка с запятой (;). Данный знак указывает компилятору на конец инструкции. Например:

System.out.println("Hello Java!");

Данная строка представляет вызов метода System.out.println , который выводит на консоль строку «Hello Java!». В данном случае вызов метода является инструкцией и поэтому завершается точкой с запятой.

Кроме отдельных инструкций распространенной конструкцией является блок кода. Блок кода содержит набор инструкций, он заключается в фигурные скобки, а инструкции помещаются между открывающей и закрывающей фигурными скобками:

В этом блоке кода две инструкции, которые выводят на консоль определенную строку.

Выполнение программы. Метод main

Java является объектно-ориентированным языком, поэтому всю программу можно представить как набор взаимодействующих между собой классов и объектов. В первой главе при создании первого приложения программа была определена следующим образом:

public class Program < public static void main (String args[])< System.out.println("Hello Java!"); >>

То есть основу нашей программы составляет класс Program. При определении класса вначале идет модификатор доступа public , который указывает, что данный класс будет доступен всем, то есть мы сможем его запустить из командной строки. Далее идет ключевое слово class , а затем название класса. После названия класса идет блок кода, в котором расположено содержимое класса.

Входной точкой в программу на языке Java является метод main , который определен в классе Program. Именно с него начинается выполнение программы. Он обязательно должен присутствовать в программе. При этом его заголовок может быть только таким:

public static void main (String args[])

При запуске приложения виртуальная машина Java ищет в главном классе программы метод main с подобным заголовком, и после его обнаружения запускает его.

Вначале заголовка метода идет модификатор public , который указывает, что метод будет доступен извне. Слово static указывает, что метод main — статический, а слово void — что он не возвращает никакого значения. Далее в скобках у нас идут параметры метода — String args[] — это массив args, который хранит значения типа String, то есть строки. При запуске программы через этот массив мы можем передать в программу различные данные.

После заголовка метода идет его блок, который содержит набор выполняемых инструкций.

Комментарии

Код программы может содержать комментарии. Комментарии позволяют понять смысл программы, что делают те или иные ее части. При компиляции комментарии игнорируются и не оказывают никакого влияния на работу приложения и на его размер.

В Java есть два типа комментариев: однострочный и многострочный. Однострочный комментарий размещается на одной строке после двойного слеша //. А многострочный комментарий заключается между символами /* текст комментария */ . Он может размещаться на нескольких строках. Например:

/* многострочный комментарий Объявление нового класса, который содержит код программы */ public class Program < // начало объявления класса Program // определение метода main public static void main (String args[])< // объявление нового метода System.out.println("Hello Java!"); // вывод строки на консоль >// конец объявления нового метода > // конец объявления класса Program

Создание, компиляция и выполнения Java программ

Перед тем как программа может быть выполнена, её необходимо создать и скомпилировать. Если в вашей программе возникли ошибки компиляции, вам необходимо изменить программу, чтобы исправить их, а затем перекомпилировать её. Если в вашей программе возникли ошибки выполнения, или она не приводит к правильному результату, вам необходимо изменить программу, перекомпилировать её и запустить снова. Этот процесс и является созданием (разработкой) программы.

Для создания и редактирования исходного кода Java вы можете использовать любой текстовый редактор или IDE. Этот раздел демонстрирует, как создавать, компилировать и запускать программы Java из командной строки. В разделе «Компиляция и запуск Java программ в NetBeans» показано, как это делать в IDE на примере NetBeans.

Можно вообще обойтись без IDE, а писать исходный код в любом текстовом редакторе (например, в Notepad), а компилировать в командной строке.

Внимание: файл с исходным кодом должен иметь расширение .java и иметь в точности такое же имя, как и имя публичного (public) класса. Например, файл с исходным кодом:

public class Welcome < public static void main(String[] args) < System.out.println("Welcome to Java!"); >>

должен называться Welcome.java, поскольку имя public класса – Welcome.

Компилятор Java преобразовывает файл с исходным кодом Java в файл с байткодом Java. Следующая команда компилирует Welcome.java:

javac Welcome.java

Если нет синтаксических ошибок, компилятор генерирует файл байкода с расширением .class. Следовательно, приведённая выше команда генерирует файл с названием Welcome.class.

Чтобы иметь возможность компилировать и запускать программы, вы должны установить JDK. Как это сделать описано в инструкциях:

• Установка Java (JDK) в Windows
• Установка Java (JDK) в Linux

Язык Java – это высокоуровневый язык программирования, но байткод Java – это низкоуровневый язык. Байткод похож на машинные инструкции, но нейтрален к архитектуре (не зависит от архитектуры) и может запускаться на любой платформе, которая имеет виртуальную машину Java – Java Virtual Machine (JVM). В отличие от физической машины, виртуальная машина – это программа, которая интерпретирует байткод Java. Это одно из главных преимуществ Java: байткод Java может работать на различных аппаратных платформах и операционных системах. Исходный код Java компилируется в байткод Java, а байткод Java интерпретируется виртуальной машиной Java. Ваш код Java может использовать код библиотеки Java. JVM выполняет ваш код вместе с кодом из библиотеки.

Выполнить Java программу – это значит запустить байткод программы. Вы можете выполнить байткод на любой платформе с JVM, которая является интерпретатором. Она (виртуальная машина Java) переводит отдельные инструкции байткода в целевой машинный языковой код. Это делается последовательно – одна инструкция за раз, а не вся программ за один присест. Каждый шаг немедленно выполняется, сразу после перевода.

Следующая команда выполняет байткод для программы, которая приведена выше:

java Welcome

На скриншоте ниже показан процесс компиляции и запуска:

Внимание: не используйте расширение .class в команде, когда запускаете программу. Используйте ИмяКласса для запуска программы. Если вы в командной строке используете ИмяКласса.class, то система будет пытаться работать с файлом ИмяКласса.class.class.

Справка: когда выполняется Java программа, JVM начинает с загрузки байткода класса в память, используя программу под названием загрузчик классов (class loader). Если ваша программа использует другие классы, загрузчик классов динамически подгружает их перед тем, как они понадобятся. После загрузки класса, JVM использует программу под названием контролёр байткода (bytecode verifier) для проверки правильности байткода и проверки, что байткод не нарушает ограничений безопасности Java. Java обеспечивает строгую защиту, чтобы убедиться, что файлы классов Java не подделаны и не вредят вашему компьютеру.

Педагогическое примечание: ваш инструктор может требовать от вас использовать пакеты для организации программ. Например, все программы из этой части можно поместить в пакет chapter2. Подробности о пакетах и пространствах имён будут рассмотрены далее. Также посмотрите раздел «Почему NetBeans всегда использует package».

Типичные ошибки компиляции и запуска Java программ

Команда javac не найдена

Если при запуске javac, т.е. при попытке компиляции Java программы вы получаете ошибку:

"javac" не является внутренней или внешней командой, исполняемой программой или пакетным файлом.

Это означает, что JDK не установлен. Либо установлен, но не настроены переменные окружения. Способы исправления очевидны:

• установить JDK
• настроить переменные окружения

Если JDK установлен, то можно обойтись без добавления переменной окружения. Для этого используйте абсолютный путь до исполнимого файла javac:

C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131\bin\javac.exe программа_для_компиляции.java

Ошибка Class names are only accepted if annotation processing is explicitly requested

Если попытаться скомпилировать программу следующим образом:

"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131\bin\javac.exe" Welcome2

то возникнет ошибка:

error: Class names, 'Welcome', are only accepted if annotation processing is explicitly requested 1 error

Причина ошибки в том – что вы забыли указать расширение файла .java.

Ошибка записи (error while writing)

C:\Users\Alex>"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131\bin\javac.exe" C:\Welcome.java

Компиляция заканчивается ошибкой:

C:\Welcome.java:1: error: error while writing Welcome: C:\Welcome.class (╬Єърчрэю т фюёЄєях) public class Welcome < ^ 1 error

Причина ошибки в том, что у компилятора (javac) недостаточно прав на запись в тот каталог, куда он пытается сохранить новый файл .class. Чтобы ошибка исчезла: предоставьте компилятору дополнительные права (запустите от имени администратора), либо сохраняйте в папку, на которую у текущего пользователя имеются права записи.

Ошибка «class is public, should be declared in a file named»

"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131\bin\javac.exe" C:\Welcome.java

который заканчивается примерной такой ошибкой

C:\Welcome.java:1: error: class Welcomee is public, should be declared in a file named Welcomee.java public class Welcomee < ^ 1 error

означает, что вы неправильно назвали класс в исходном коде программы. Имя класса должно совпадать с именем файла. В данном случае файл называется Welcome.java, а класс внутри программы назван Welcomee

Error: Could not find or load main class

Если попытаться запустить программу следующим образом:

java Welcome.class

то возникнет ошибка

Error: Could not find or load main class Welcome.class

Причина её в том, что не нужно было добавлять к названию файла расширение .class. Виртуальная машина автоматически добавляет расширение и в приведённом примере она ищет файл Welcome.class.class

Ошибка Error: Could not find or load main class при запуске Java программы по абсолютному пути

Эта ошибка возможно при запуске Java программы по абсолютному пути:

java C:\Welcome

Error: Could not find or load main class C:\Welcome

Ошибка возникает как в Windows, так и в Linux:

java /home/mial/Welcome Error: Could not find or load main class .home.mial.Welcome

Если в терминале вы находитесь в той же директории, что и файл, который вы запускаете, то не нужно указывать абсолютный путь. Например, нужно запускать так:

cd C:\ java Welcome

Если же вы находитесь в другой директории, то нужно использовать опцию -cp, после которой указать путь до каталога, где размещена запускаемая программа. А далее указать запускаемый файл без расширения .class:

java -cp C:\ Welcome

Как видно из скриншота, командная строка находится в папке C:\WINDOWS\system32. Файл, который нам нужно запустить, находится в папке C:\ (корень диска). Мы указываем после ключа -cp папку C:\, а затем пишем имя файла программы без расширения – Welcome.

Аналогично нужно поступать в Linux. Пример команды:

java -cp /home/mial/ Welcome

Ошибка Main method not found in class

Если при запуске вы столкнулись с ошибкой:

Error: Main method not found in class Welcome, please define the main method as: public static void main(String[] args) or a JavaFX application class must extend javafx.application.Application

Это означает, что вы не указали метод main, либо написали слово неправильно (например, Main вместо main).

Особенности компиляции и запуска Java программ в Windows

Команда "javac" не является внутренней или внешней командой, исполняемой программой или пакетным файлом

Эта ошибка рассмотрена чуть выше. Для установки и настройки переменных окружения в Windows обратитесь к инструкции «Установка Java (JDK) в Windows».

Проблема с кодировкой в Java программах в командной строке Windows

Если вы написали программу, которая выводит кириллицу в консоль:

public class Welcome < public static void main(String[] args) < System.out.println("Привет из Java!"); >>

А в качестве результата получили крякозяблы:

Значит кодировка, в которой выводит строки ваша программа, отличается от кодировки командной строки Windows.

Имеется несколько способов исправить эту проблему. Кстати, если для запуска консольных программ Java вы используете NetBeans, то он выводит строки в правильной кодировке. В Linux эта проблема также отсутствует. Если вам нужно поменять кодировку на время, то вы можете выполнить следующие команды:

REM change CHCP to UTF-8 CHCP 65001 CLS

Для того, чтобы смена кодировки командной строки Windows не сбрасывалась после закрытия и открытия командной строки, можно внести изменения в реестр Windows. Для этого нажмите Win+x, выберите «Выполнить», в открывшееся окно введите regedit. В открывшейся программе (редактор реестра Windows) перейдите к [HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\Microsoft\Command Processor\Autorun] и измените (или добавьте) значение на @chcp 65001>nul

Проверь себя:

1. Какое расширение имеют файлы с исходным кодом Java, и какое расширение у файлов с байткодом Java?
2. Что принимает на входе и что выдаёт на выходе Java компилятор?
3. Какой командой компилируется программа Java?
4. Какой командой запускается программа Java?
5. Что такое JVM?
6. Может ли Java быть запущена на любой машине. Что необходимо для запуска Java на компьютере?

Компилирование и исполнение Java-кода в Runtime

Привет Хабр! Сегодня я хотел бы поговорить про динамическое компилирование и исполнение Java-кода, подобно скриптовым языкам программирования. В этой статье вы найдете пошаговое руководство как скомпилировать Java в Bytecode и загрузить новые классы в ClassLoader на лету.

Зачем?

В разработке все чаще возникают типовые задачи, которые можно было бы закрыть простой генерацией кода. Например, сгенерировать DTO классы по имеющейся спецификации по стандартам OpenAPI или AsyncAPI. В целом, для генерации кода нет необходимости компилировать и выполнять код в runtime, ведь можно сгенерировать исходники классов, а собрать уже вместе с проектом. Однако при написании инструментов для генерации кода, было бы не плохо покрыть это тестами. А при проверке самый очевидный сценарий: сгенерировал-скомпилировал-загрузил-проверил-удалил. И вот тут-то и возникает задача генерации и проверки кода "на лету".

Также иногда возникают потребности выполнять какой-то код удаленно. Как правило это какие-то распределенные облачные вычисления. В этом случае можно отправлять исходный код на вычислительный узел, а там уже происходит динамическая сборка и выполнение.

Последовательность действий

Для выполнения Java-кода в Runtime нам потребуется:

1. Динамически создать и сохранить наш код в .java файл.
2. Скомпилировать исходники в Bytecode (файлы .class).
3. Загрузить скомпилированные классы в ClassLoader.
4. Использовать reflection api для получения методов и выполнения их.

Шаг 1. Генерация кода

Вообще для генерации исходников можно конечно просто написать текст через StringBuider в файл и быть довольным. Но мне хотелось бы показать более прикладные решения, поэтому рассмотрим вариант генерации кода с использованием пакета com.sun.codemodel, а вот тут есть неплохой туториал по этому пакету. Так же на его основе есть библиотека jsonschema2pojo для генерации кода на основе jsonschema. Итак к коду:

public void generateTestClass() throws JClassAlreadyExistsException, IOException < //создаем модель, это своего рода корень вашего дерева кода JCodeModel codeModel = new JCodeModel(); //определяем наш класс Habr в пакете hello JDefinedClass testClass = codeModel._class("hello.Habr"); // определяем метод helloHabr JMethod method = testClass.method(JMod.PUBLIC + JMod.STATIC, codeModel.VOID, "helloHabr"); // в теле метода выводим строку "Hello Habr!" method.body().directStatement("System.out.println(\"Hello Habr!\");"); //собираем модель и пишем пакеты в currentDirectory codeModel.build(Paths.get(".").toAbsolutePath().toFile()); >

Пример выше сгенерирует класс Habr.java с одним методом:

package hello; public class Habr < public static void helloHabr() < System.out.println("Hello Habr!"); >>

Шаг 2. Компиляция кода

Для компиляции в Bytecode обычно используется javac и выполняется он простой командой:

javac -sourcepath src -d build\classes hello\Habr.java

Однако, нам надо скомпилировать наш класс прямо из кода. И для этого есть библиотека компилятора, до которой можно достучаться через javax/tools/JavaCompiler. Это реализация javax/tools/Tool (которая лежит в /lib/tools.jar). Выглядеть это будет как-то так:

Path srcPath = Paths.get("hello"); List files = Files.list(srcPath) .map(Path::toFile) .collect(Collectors.toList()); //получаем компилятор JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler(); //получаем новый инстанс fileManager для нашего компилятора try(StandardJavaFileManager fileManager = compiler.getStandardFileManager(null, null, null)) < //получаем список всех файлов описывающих исходники IterablejavaFiles = fileManager.getJavaFileObjectsFromFiles(files); DiagnosticCollector diagnostics = new DiagnosticCollector<>(); //заводим задачу на компиляцию JavaCompiler.CompilationTask task = compiler.getTask( null, fileManager, diagnostics, null, null, javaFiles ); //выполняем задачу task.call(); //выводим ошибки, возникшие в процессе компиляции for (Diagnostic diagnostic : diagnostics.getDiagnostics()) < System.out.format("Error on line %d in %s%n", diagnostic.getLineNumber(), diagnostic.getSource()); >>

Шаг 3. Загрузка и выполнение кода

Для выполнения кода нам надо загрузить его через ClassLoader и через reflection api вызвать наш метод.

//получаем ClassLoader, лучше получать лоадер от текущего класса, //я сделал от System только чтоб пример был рабочий ClassLoader classLoader = System.class.getClassLoader(); //получаем путь до нашей папки со сгенерированным кодом URLClassLoader urlClassLoader = new URLClassLoader( new URL[], classLoader); //загружаем наш класс Class helloHabrClass = urlClassLoader.loadClass("hello.Habr"); //находим и вызываем метод helloHabr Method methodHelloHabr = helloHabrClass.getMethod("helloHabr"); //в параметре передается ссылка на экземпляр класса для вызова метода //либо null при вызове статического метода methodHelloHabr.invoke(null);

Итог

В этой статье я постарался показать полноценный сценарий генерации и выполнения кода в Runtime. Самому мне это пригодилось при написании unit-тестов для библиотеки по генерации DTO классов на базе документации сгенерированной библиотекой springwolf. Реализацию тестов в моем проекте можно посмотреть тут.

Что такое Java?

Java – широко используемый язык программирования для написания интернет-приложений. Язык Java широко использовался на протяжении более двух десятилетий. Миллионы приложений Java используются и сегодня. Java – это многоплатформенный, объектно-ориентированный и сетецентрический язык, который сам по себе может использоваться как платформа. Это быстрый, безопасный и надежный язык программирования для всего: от мобильных приложений и корпоративного ПО до приложений для работы с большими данными и серверных технологий.

Для чего используется язык программирования Java?

Для чего используется язык программирования Java?

Поскольку Java является бесплатным и универсальным языком, на нем создаются локализованные и распространяемые программы. Типичные примеры использования Java см. ниже.

1. Разработка игр

Многие популярные мобильные, компьютерные и видеоигры созданы на Java. Даже современные игры, в которых используются передовые технологии, такие как машинное обучение или виртуальная реальность, создаются с использованием технологии Java.

2. Облачные вычисления

Язык Java часто называют WORA (Write Once and Run Anywhere – «Напиши один раз, запускай где угодно»), что делает его идеальным для децентрализованных облачных приложений. Поставщики облачных услуг выбирают язык Java для запуска программ на широком спектре базовых платформ.

3. Большие данные

Язык Java используется для механизмов обработки данных, которые могут работать со сложными наборами данных и большими объемами данных в режиме реального времени.

4. Искусственный интеллект

Java – это кладезь библиотек машинного обучения. Благодаря своей стабильности и скорости язык стал выбором № 1 для разработки приложений искусственного интеллекта, таких как обработка естественного языка и глубокое обучение.

5. Интернет вещей

Язык Java используется для программирования датчиков и аппаратного обеспечения периферийных устройств, которые могут независимо подключаться к Интернету.

Почему язык Java так популярен среди современных разработчиков ПО?

Секрет популярности Java заключается в простоте его использования. Некоторые причины, по которым разработчики предпочитают Java другим языкам программирования см. ниже.

Высококачественные учебные ресурсы

Поскольку Java существует уже давно, для новых программистов доступно множество учебных ресурсов. Подробная документация, исчерпывающие печатные материалы и курсы помогают разработчикам на протяжении всего обучения. Кроме того, новички могут начать писать код на Core Java, прежде чем переходить на Advanced Java.

Встроенные функции и библиотеки

При использовании Java разработчикам не нужно каждый раз писать новую функцию с нуля. В качестве альтернативы Java предоставляет богатую экосистему встроенных функций и библиотек для разработки ряда приложений.

Активная поддержка сообщества

У Java много активных пользователей и сообщество, которое может поддержать разработчиков, когда они сталкиваются с трудностями при написании кода. ПО платформы Java также регулярно поддерживается и обновляется.

Высококачественные инструменты разработки

Язык Java предлагает различные инструменты для поддержки автоматизированного редактирования, отладки, тестирования, развертывания и управления изменениями. Эти инструменты делают программирование на Java экономичным и быстрым.

Независимость от платформы

Код Java может работать на любой базовой платформе, такой как Windows, Linux, iOS или Android, без перезаписи. Таким образом, язык особенно эффективен в современной среде, где приложения запускаются на нескольких устройствах.

Безопасность

Пользователи могут загружать ненадежный код Java по сети и запускать его в безопасной среде, в которой он не может причинить никакого вреда. Ненадежный код не может заразить хост-систему вирусом, а также не может читать или записывать файлы с жесткого диска. Уровни безопасности и ограничения в Java также легко настраиваются.

Как работает Java?

Все языки программирования являются средством общения с машинами. Аппаратное обеспечение машины реагирует только на электронную связь. Языки программирования высокого уровня, такие как Java, играют роль моста между человеческим и аппаратным языком. Для использования Java разработчики должны понимать две вещи.

1. Язык Java и API

Это внешний интерфейс между разработчиком и платформой Java.

2. Виртуальная машина Java

Это внутренняя связь между платформой Java и базовым аппаратным оборудованием. Подробное описание см. ниже.

Что такое виртуальная машина Java?

Виртуальная машина Java действует как дополнительный уровень абстракции между платформой Java и базовым аппаратным обеспечением машины. Исходный код Java может работать только на тех машинах, на которых установлена виртуальная машина Java (Java Virtual Machine, JVM). Ответ на вопрос, зачем нужна виртуальная машина Java, лежит в истории программирования.

История программирования

Когда естественные языки программирования были впервые разработаны, они подразделялись на две большие категории в зависимости от того, как они взаимодействовали с базовым оборудованием.

1. Компиляторы. Вся программа написана в естественном английском синтаксисе с помощью компилирующих программ, а затем язык компилирует (или переводит) весь код в машинный код. После этого скомпилированный код запускается на оборудовании.
2. Интерпретаторы. С помощью интерпретирующих программ каждое высокоуровневое выражение кода интерпретируется в машинный код в режиме реального времени. Зафиксированные предписания немедленно выполняются аппаратным обеспечением перед просмотром следующего предписания.

Среда времени выполнения Java

Программа Java была первым языком, объединившим оба описанных выше метода с использованием JVM. Компилятор кода Java называется виртуальной машиной Java. Любой файл Java сначала компилируется в байт-код. Байт-код Java может работать только в JVM. Затем JVM интерпретирует байт-код для запуска на базовой аппаратной платформе. Поэтому, если приложение работает на компьютере с Windows, JVM интерпретирует его для Windows. Однако при работе на платформе с открытым исходным кодом, такой как Linux, JVM интерпретирует его для Linux.

Как программировать на Java

Чтобы начать программировать на Java, необходимо установить Java Edition в системе. Существует четыре основные версии Java:

1. стандартная версия Java (Java Standard Edition, Java SE);
2. корпоративная версия Java (Java Enterprise Edition, Java EE);
3. микроверсия Java (Java Micro Edition, Java ME).

Что такое Java SE?

Стандартная версия Java – это основная платформа программирования Java. Такая версия содержит все библиотеки и API, которые нужны любому программисту для разработки на Java. Open Java Development Kit (OpenJDK) – это бесплатная реализация Java SE с открытым исходным кодом.

Amazon Corretto – это бесплатная многоплатформенная, готовая к использованию версия пакета средств разработки OpenJDK. Сервис можно использовать в качестве замены для многих дистрибутивов Java SE, при этом он поставляется с бесплатной долгосрочной поддержкой Amazon. Сервис позволяет запускать одну и ту же среду в облаке, локально и на локальном компьютере.

Что такое AWS SDK для Java?

AWS SDK для Java упрощает использование сервисов AWS, предоставляя упорядоченный набор библиотек, с которыми знакомы разработчики Java. AWS SDK for Java также поддерживает более высокий уровень абстракций для упрощения разработки. Доступны библиотеки Java с открытым исходным кодом, ориентированные на AWS, а также примеры кода и справочное руководство по API Java.

Примеры кода SDK содержат примеры кода на языке Java и реальные примеры работы с сервисами AWS, которые ускорят разработку собственных приложений. Кроме того, справочник по Java API описывает работу API в новейшей версии AWS SDK для Java. Кроме того, приводятся образцы запросов, ответов и список ошибок для поддерживаемых сетевых протоколов.

Начните работать с AWS SDK для Java, используя руководство для разработчиков, или посетите центр разработчиков AWS Java.