Programování v jazyce Java

Profil

  • Prakticky zaměřený bakalářský předmět

  • Cílem je naučit základním principům objektového návrhu a programování.

  • Všechny materiály k přednášce jsou v IS MU.

Předchozí předměty IB111

IB111 Základy programování, kde studenti získávají

  • základní znalosti programování (Python)

  • znalost základních příkazů, řídicí struktury, pole

  • částečnou znalost objektového přístupu

Předchozí předměty PB071

PB071 Principy nízkoúrovňového programování, kde studenti získávají

  • znalost syntaxe jazyka C

  • znalost základních datových typů

  • znalost vnitřních struktur

Předchozí předměty IB002

IB002 Algoritmy a datové struktury I, kde studenti získávají

  • základy algoritmizace vč. datových struktur

Předpoklady obecně

Předpokládají se základní znalosti strukturované algoritmizace a programování, tj.:

  • základní příkazy, sestavování jednoduchých výrazů;

  • základní datové typy (celá a reálná čísla, logické proměnné, řetězce);

  • základní řídicí struktury — větvení, cykly, procedury/funkce.

Návaznosti PV168

Na tento základní kurz PB162 navazují na úrovni Bc. studia:

PV168 Seminář z jazyka Java (jaro)

  • náplní je zvládnutí Javy umožňující vývoj jednodušších praktických aplikací s GUI, databázemi, základy webových aplikací.

  • V průběhu semestru se pracuje na uceleném projektu formou párového programování plus některých individuálních úloh.

  • Učí kolektiv zkušených cvičících pod vedením Tomáše Pitnera, Luďka Bártka, Petra Adámka a Martina Kuby.

Návaznosti PB138

PB138 Moderní značkovací jazyky (jaro)

  • náplní jsou XML a související technologie,

  • prvky týmového vývoje (projekty, využití služeb hostování projektů, jako je GitHub).

  • Učí kolektiv zkušených cvičících pod vedením Luďka Bártka a Tomáše Pitnera.

Návaznosti pokročilých předmětů PA165

PA165 Vývoj aplikací v jazyce Java (podzim)

  • pokročilejší předmět spíše magisterského určení, předpokládá znalosti/zkušenosti z oblasti databází, částečně sítí a distribuovaných systémů, a také Javy zhruba v rozsahu PB162 a PV168.

  • Náplní je zvládnutí netriviálních, převážně klient/server aplikací na platformě JavaEE.

  • Přednáší Petr Adámek, Tomáš Pitner, Bruno Rossi, Martin Kuba, Filip Nguyen, Matej Briškár, Tomáš Skopal.

Návaznosti — webový vývoj

Problematice webových a mobilních aplikací se na FI věnují např.

Hodnocení a harmonogram předmětu

O přednášejícím - Radek Ošlejšek

  • pracovna A305 (budova A1 FI) laboratoře Lasaris

  • tel. 54949 6121 (z tlf. mimo budovu), kl. 6121 (volání v rámci fakulty i celé MU)

  • e-mail: oslejsek(at)fi.muni.cz

  • Web RO: Osobní stránka RO

O přednášejícím - Tomáš Pitner

  • pracovna A303 (budova A1 FI) laboratoře Lasaris,

  • příp. kanc.správy Vědecko-technologického parku CERIT (1.NP/přízemí budovy A2);

  • tel. 54949 5940 (z tlf. mimo budovu), kl. 5940 (volání v rámci fakulty i celé MU)

  • e-mail: tomp(at)fi.muni.cz

  • Web: Osobní web TP

Konzultační hodiny

  • Primárním konzultačním bodem jsou vaši cvičící.

  • Cvičení jsou vedena mj. právě z důvodu možnosti konzultací.

  • Konzultace přímo s přednášejícími

    Tomáš Pitner

    vždy v kanc. A303

  • Út 10.00 — 11.30

  • nebo jindy, dle dohody

Informační zdroje (knihy)

Informační zdroje (knihy)

  • Bruce Eckel: Myslíme v jazyce Java — příručka programátora, Grada Publishing , 2000

  • příp. Bruce Eckel: Myslíme v jazyce Java — příručka zkušeného programátora, Grada Publishing , 2000 — pro pokročilé

  • Joshua Bloch: Java efektivně — 57 zásad softwarového experta, Grada Publishing

  • Bogdan Kiszka: 1001 tipů a triků pro programování v jazyce Java, Computer Press, 2003

  • Bruce Eckel: Thinking in Java Stáhnout zdarma (PDF) = Úvod do jazyka a prostředí Java = :course: PB162 :year: 2018 :term: podzim :description: Lecture slides for PB162 course taught at Masaryk University, Faculty of Informatics since 2001 :Author: Tomáš Pitner, Radek Ošlejšek, Marek Šabo :copyright: © 2001-2018 Tomáš Pitner, Masaryk University — PB162 Java :slideshowlocation: Masaryk University, Brno, Czech Republic :date: podzim 2018 :data-uri: :keywords: Java, object programming :email: tomp@fi.muni.cz :slidebackground: asciidocslidy

Rychlost Javy

01 java is slow

Java jako programovací jazyk

  • Je jazykem 3. generace (3GL) — imperativním jazykem vysoké úrovně

  • Je jazykem univerzálním — není určen výhradně pro specifickou aplikační oblast

  • Je jazykem objektově-orientovaným — program používá volání metod objektů (zasílání zpráv objektům)

  • Ideovým předchůdcem Javy je C++

  • Svým způsobem je Java obdobou C++, ale zbavena zbytečností a nepříjemností

Java v budoucnu

  • Pro tradiční typy serverových podnikových aplikací (IS) zůstává Java (Enterprise Edition) klíčovou platformou spolu s .NET

  • Perspektivním směrem vývoje je zachování Java platformy (JVM, stávající knihovny, aplikace, aplikační prostředí)

  • Rychle se vyvíjejí skriptovací jazyky na této platformě: Groovy, JRuby, Jython, Kotlin…​)

  • Mnoho jazyků bylo inspirovaných Javou: C#, Groovy, Ruby, Scala, z nových Go a Kotlin…​

Proč Java

  • Java je jazyk pro vývoj a běh jednoduchých i rozsáhlých aplikací.

  • Vývoj je efektivnější než na jejich předchůdcích (C++) a výsledné aplikace "běží všude".

  • Silnou typovaností, běhovou bezpečnostní kontrolou, stabilními knihovnami vč. open-source a rozsáhlým souborem dobrých praktik nabízí aplikacím velmi vysokou robustnost.

  • Nezavádí zbytečnosti a vede ke správným a dále uplatnitelným návykům.

  • Je velmi perspektivní platformou pro vývoj open-source i komerčního SW, mj. pro extrémně velké množství volně dostupných knihoven.

Další charakteristiky

  • Java podporuje vytváření správných návyků v objektovém programování a naopak systematicky brání přenosu některých špatných návyků z jiných jazyků.

  • Program v Javě je přenositelný na úrovni zdrojového i přeloženého kódu.

  • Přeložený javový program běží v tzv. Java Virtual Machine (JVM).

  • Zdrojový i přeložený kód je tedy přenositelný mezi všemi obvyklými platformami (UNIX, Windows, Mac OS X).

Java pro programátora

Konkrétní možnosti:

  • V Javě se dobře píší vícevláknové aplikace (multithreaded applications).

  • Java má automatické odklizení nepoužitelných objektů (automatic garbage collection).

  • Java je jednodušší než C++ (méně syntaktických konstrukcí, méně nejednoznačností v návrhu), což zlepšuje čitelnost a redukuje riziko chyb.

Aktuální verze Javy SE je Java 8.

Aktuální verze

Stav k září 2018:

  • Java Standard Edition 8 (u zákazníků s Long Term Support pokračují i SE 6 a 7)

  • je stabilní verzí pro všechny platformy.

  • U Java 7 běžná podpora skončila dubnem 2015.

  • Aktuální informace najdete vždy na webu Oracle Oracle Technetwork/Java.

  • K předpokládanému vývoji existuje Oracle roadmap

Stažení Javy

  • Na webových stránkách Oracle je java dostupná ve všech platformách.

  • Chceme vývojové prostředí (JDK), běhové prostředí (JRE) slouží jenom na spuštění, ne na vývoj.

Lze stáhnout:

  • samotné vývojové prostředí (JDK), např. Java SE 8 JDK

  • jen běhové prostředí (JRE), např. Java SE 8 JRE: to nám tady nestačí, chceme vyvíjet

  • JDK v balíčku s grafickým (okénkovým) integrovaným vývojovým prostředím (IDE, Integrated Development Environment) NetBeans.

Připravili jsme pro vás tutoriál, jak Javu nainstalovat.

Obsah vývojové distribuce Javy

  • Vývojové nástroje (Development Tools) v bin určené k vývoji, spouštění, ladění a dokumentování programů v Javě.

  • Běhové prostředí Javy (Java Runtime Environment) se nalézá v jre. Obsahuje Java Virtual Machine (JVM), knihovnu tříd Java Core API a další soubory potřebné pro běh programů v Javě.

  • Přídavné knihovny (Additional libraries) v podadresáři lib jsou další knihovny nutné pro běh vývojových nástrojů.

  • Ukázkové applety a aplikace (Demo Applets and Applications) v demo . Příklady zahrnují i zdrojový kód.

Budoucnost Javy

  • Na závěr optimistického úvodu si pročtěte zajímavý článek analytika od Forrester: Java Is A Dead-End For Enterprise App Development = První program v Javě, třída, objekt :course: PB162 :year: 2018 :term: podzim :description: Lecture slides for PB162 course taught at Masaryk University, Faculty of Informatics since 2001 :Author: Tomáš Pitner, Radek Ošlejšek, Marek Šabo :copyright: © 2001-2018 Tomáš Pitner, Masaryk University — PB162 Java :slideshowlocation: Masaryk University, Brno, Czech Republic :date: podzim 2018 :data-uri: :keywords: Java, object programming :email: tomp@fi.muni.cz :slidebackground: asciidocslidy

Program "Hello World!"

  • Abychom měli kam náš kód psát, vytvoříme třídu Demo s hlavní funkci main, která se zavolá při spuštění programu.

public class Demo {
   public static void main(String[] args) {
      System.out.println("Hello World!");
   }
}

  • Metoda main musí být veřejná (public), statická (static) a nevrací žádnou hodnotu (void). Klíčová slova pochopíte časem, není to teď důležité.

  • Metoda musí mít parametry typu String (řetězec), které se předávají při spuštění z příkazového řádku do pole String[] args.

Motivace třídy I

  • Jak reprezentovat složitou strukturu, aby se s ní dobře pracovalo?

  • Příklad: Osoba s jménem a rokem narození

class Person {
   String name;
   int yearBorn;
}

  • Části objektu nastavíme i zjistíme stejným způsobem jako v jazyce Python:

k.name = "Karel"; // set name to Karel
String karelsName = k.name; // get name value
Jednotlivé části (jméno, rok narození) nazýváme atributy.

Motivace třídy II

  • Někdy bychom rádi měli funkce, které pracují přímo s částmi struktury.

  • Pamatujeme si rok narození, ale co když chceme zjistit věk?

  • Jak lehce zjistit informace o naší struktuře — třídě?

public class Person {
   private String name;
   private int yearBorn;
   public int getAge() {
     return 2018 - yearBorn;
   }
   public void printNameWithAge() {
     System.out.println("I am " + name + " and my age is " + getAge());
   }
}
V kódu třídy se nyní objevila klíčová slova public a private. Nemají vliv na funkcionalitu, ale na "viditelnost", na možnost či nemožnost z jiného kódu danou třídu nebo její vlastnost vidět a použít. Logicky public asi (určitě :)) půjde použít vždy a odevšad.

Vlastnosti třídy

  • Třída představuje strukturu, která má atributy a metody.

    Atributy

  • jsou nositeli datového obsahu, údajů, "pasivních" vlastností objektů

  • to, co struktura má, z čeho se skládá, např. auto se skládá z kol

  • definují stav objektu, nesou informace o objektu

    Metody

  • jsou nositeli "výkonných" vlastností, schopností objektů něco udělat

  • to, co dokáže struktura dělat — pes dokáže štěkat, osoba dokáže mluvit

  • definují chování objektu (může být závislé na stavu)

Vytvoření konkrétní osoby

  • Máme třídu Person, to je něco jako abstraktní šablona pro objekty—​osoby.

  • Jak vytvořím konkrétní osobu s jménem Jan?

public class Demo {
 public static void main(String[] a) {
   Person jan = new Person();
   jan.name = "Jan";
   jan.yearBorn = 2000;
   System.out.println(jan.name);
   System.out.println(jan.yearBorn);
 }
}

== Poznámky k příkladu Demo - Třída Person má vlastnost name a age, to jsou její atributy. - Objekt jan typu Person má vlastnost name s hodnotou Jan a yearBorn s hodnotou 2000. - Klíčová slova public a private vám z Pythonu nejsou známá, zde v Javě i jiných jazycích označují "viditelnost" položky — jednoduše řečeno, co je veřejné a co soukromé. Soukromé atributy "vidíme" jen z metod třídy, v níž jsou uvedeny.

== Objekt

  • Objekt je jeden konkrétní jedinec příslušné třídy.

  • Všechny vytvořené objekty nesou stejné vlastnosti, např. všechny objekty třídy Person mají vlastnost name.

  • Vlastnosti mají však pro různé lidi různé hodnoty — lidi mají různá jména.

  • Konkrétní objekt určité třídy se také nazývá instance (jedincem) své třídy.

== Vytváření objektů

  • Co znamená new Person()?

  • Proč musíme psát Person jan = new Person() a ne jen Person jan?

Person jan = new Person();
// why not just:
Person jan;

  • Pouhá deklarace proměnné objektového typu (Person jan) žádný objekt nevytvoří.

  • K vytvoření slouží operátor new.

== Co se děje při vytváření objektů přes new

  • Alokuje se paměť v oblasti dynamické paměti, tedy na haldě (heap).

  • Vytvoří se tam objekt a naplní jeho atributy výchozími hodnotami.

  • Zavolá se speciální metoda objektu, tzv. konstruktor, který objekt dotvoří.

== Konstruktor

  • Slouží k "oživení" vytvořeného objektu bezprostředně po jeho vytvoření:

    • Jednoduché typy, jako například int, se vytvoří a inicializují samy a konstruktor nepotřebují.

    • Složené typy, objekty, je potřeba vždy zkonstruovat!

  • V našem příkladu s osobou operátor new vytvoří prázdný objekt typu Person a naplní jeho atributy výchozími (default) hodnotami.

  • Další přednáška bude věnována konstruktorům, kde se dozvíte víc.

== Třída a objekt

Třída

  • Je komplexní struktura, reprezentuje prvky z reálného světa (např. pes, člověk).

  • Je určitý vzor pro tvorbu podobných objektů (konkrétních psů či lidí).

  • Definice třídy sestává převážně z atributů a metod (říkáme jim také prvky nebo členy třídy).

  • Skutečné objekty této třídy pak budou mít prvky, které byly ve třídě definovány.

Objekt

  • Objekty jsou instancemi "své" třídy vytvořené dle definice třídy a obsahující atributy.

  • Vytváříme je operátorem new.

  • Odkazy na vytvořené objekty často ukládáme do proměnné typu té třídy, např. Person jan = new Person();

== Komplexnější příklad I ==

Následující třída Account modeluje jednoduchý bankovní účet.

  • Každý bankovní účet má jeden atribut balance, který reprezentuje množství peněz na účtu.

  • Pak má metody:

    • add přidává na účet/odebírá z účtu

    • writeBalance vypisuje zůstatek

    • transferTo převádí na jiný účet

== Komplexnější příklad II ==

public class Account { private double balance; // 0.0 public void add(double amount) { balance += amount; } public void writeBalance() { System.out.println(balance); } public void transferTo(Account whereTo, double amount) { balance -= amount; whereTo.add(amount); // whereTo is another account } }

  • Metoda transferTo pracuje nejen se svým "mateřským" objektem, ale i s objektem whereTo předaným do metody.

== Komplexnější příklad - definice vs. použití třídy ==

  • Třída sama je definovaná v samostatném souboru Account.java.

  • Její použití pak třeba v Demo.java.

public static void main(String[] args) { Account petrsAccount = new Account(); Account ivansAccount = new Account(); petrsAccount.add(100.0); ivansAccount.add(20.0); petrsAccount.transferTo(ivansAccount, 30.0); petrsAccount.writeBalance(); // prints 70.0 ivansAccount.writeBalance(); // prints 50.0 }

== println vs. return ==

  • Pozor na rozdíl mezi vypsáním řetězce a jeho vrácením:

public void writeString() {
  System.out.println("Sample text"); // writes it
}
public String returnString() {
  return "Sample text"; // does not write it
}