© Валерий Станиславович Яценков, 2018

ISBN 978-5-4490-4684-0

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Часть I. Теория

Глава 1. Введение

Язык программирования – это инструмент решения прикладных задач. В идеале разработчик должен хорошо разбираться в нескольких языках программирования и подбирать инструмент под задачу, а не пытаться подогнать задачу под возможности инструмента.

После прочтения этой книги вы получите достаточно полное представление о языке Java и его возможностях. Может даже оказаться, что он не подходит для ваших сегодняшних задач. Замечательно! – вы не потеряете напрасно время на чтение толстых учебников и углубленное изучение языка. Зато вы будете хорошо знать, для чего пригодится язык Java, и сможете вернуться к нему в любое время. Если Java – именно то, что вам сейчас нужно, то после прочтения этой книги будет легче приступить к углубленному изучению языка.

Объем и сложность материала вводного курса подобраны таким образом, чтобы уделяя по вечерам 1—2 часа на чтение и работу с компьютером, вы приблизительно за неделю смогли овладеть навыками программирования на языке Java в среде разработки NetBeans.

Разумеется, эта книга станет лишь первым шагом в изучении языка Java и среды разработки NetBeans. Впереди вас ждет поиск и усвоение огромного объема информации.

1.1 Особенности текста книги и архив файлов

Книга подготовлена и опубликована при помощи издательского сервиса Ridero. Это новый проект, который помогает издавать книги быстрее и делать их дешевле и доступнее.

Но технические возможности издателя пока не полностью адаптированы к изданию технических текстов. Например, система набора текста автоматически заменяет в листингах двойные «технические» кавычки на «лингвистические», двойной минус (декремент) на длинное тире. Мы просим отнестись с пониманием к этим мелким временным недостаткам издательского сервиса.

В файловом архиве книги вы найдете полные исходные коды всех примеров программ из книги, а также дополнительные файлы с наборами иконок для графического интерфейса. Архив можно скачать из файловых хранилищ

Dropbox:

https://www.dropbox.com/s/wo0u8916cnyc31p/Java_Files.zip?dl=0

Яндекс Диск:

https://yadi.sk/d/fIoAfXyp3Sj8gP

1.2 Идеология Java

Разработка языка Java началась в 1990 году под названием Oak (дуб) – не самое лучшее название для интеллектуального продукта. В процессе работы значительно изменилась концепция языка, а затем и его название. Окончательный вариант открытого и общедоступного языка Java был обнародован в 1995 году.

Нельзя сказать, что новый язык легко и быстро завоевал популярность, но сегодня это самый востребованный язык программирования. Он удачно занял нишу языка для приложений массового пользования, широко распространяемых через Интернет. Для таких приложений важна независимость от платформы – работа прикладной программы не должна зависеть от аппаратной части компьютера и операционной системы.

При распространении программ на языке Java не возникает проблем с отсутствием на компьютере пользователя нужных программных библиотек или модулей. Дистрибутив программы на языке Java, как правило, состоит из одного файла, который содержит в себе всё необходимое для работы приложения на любом компьютере с установленной Java-машиной. Впрочем, в состав дистрибутива иногда могут входить отдельные внешние файлы настроек или базы данных, которые невозможно упаковать внутрь файла скомпилированного приложения.

Язык Java популярен еще и потому, что применяется при разработке приложений Android. Можно писать приложения на «чистом» языке Java (в реализации Java Mobile) или использовать среду разработки, предоставляющую расширенные возможности. В любом случае знание Java является обязательным условием для разработчика приложений Android.

Официальная среда разработки программ на Java полностью бесплатная, включая большое количество дополнительных модулей и библиотек, разработанных сообществом программистов. Существуют платные инструменты разработки, но мы прекрасно обойдемся без них.

У языка Java низкий порог вхождения – первые полезные приложения с полноценным графическим интерфейсом можно создавать через несколько дней после начала изучения языка. По этой причине язык Java очень популярен, например, среди радиолюбителей, которые разрабатывают собственные приложения для взаимодействия компьютеров с электронными устройствами.

Разумеется, Java широко применяется в профессиональной среде. Это мощный язык программирования с поддержкой многопоточности, на котором разработано большое количество коммерческих приложений.

Давайте разберемся, как работает Java—программа.

1.3 Как работает Java

Языки программирования общего назначения можно разделить на интерпретирующие и компилирующие.

В первом случае специальная программа—интерпретатор поочередно преобразовывает каждую строку программы в команды процессора и отправляет их на выполнение под управлением операционной системы. Поэтому для каждого типа процессора и операционной системы нужна отдельная версия интерпретатора. Интерпретируемые программы работают медленнее, чем скомпилированные, потому что построчное преобразование программы в двоичный код занимает больше времени, чем выполнение готового кода. Но существуют ситуации, когда применение интерпретатора оправдано.

Во втором случае компилятор заранее и полностью преобразует программу в бинарный процессорный код. Эта процедура выполняется один раз. Далее программа распространяется в виде готового кода и может быть запущена без участия компилятора. При этом тоже необходимо обеспечить совместимость кода программы с процессором и операционной системой компьютера пользователя.

Java – необычный язык программирования. При компиляции программа на языке Java превращается в специальный байт-код. Он представляет собой набор унифицированных инструкций для специальной Java-машины (Java Virtual Machine, JVM), установленной на компьютере. Иными словами, программа выполняется внутри виртуальной машины, которая служит «посредником» между программой и компьютером.

Совместимость вашего приложения с аппаратной частью компьютера и операционной системой обеспечивается виртуальной машиной. Вы можете из программы обращаться к портам компьютера, файловой или графической системе, и совершенно не задумываться о том, как это будет реализовано. Об этом позаботились разработчики нужной версии Java-машины.

Таким образом, вместо того, чтобы разрабатывать разные версии прикладной программы, достаточно установить на компьютер готовую и бесплатную Java-машину, которая учитывает и реализует особенности операционной системы. Виртуальные машины Java для большинства операционных систем можно скачать на сайте www.java.com. В операционную систему Android поддержка Java встроена по умолчанию.

Java-машина не занимает много места в памяти компьютера. Времена, когда программы на языке Java долго запускались и медленно работали, остались в прошлом. Сейчас они лишь незначительно отстают в быстродействии от обычных скомпилированных программ.

Чтобы избежать путаницы, отметим, что язык JavaScript не имеет ничего общего с языком Java. Это язык для написания сценариев (скриптов), которые включены в состав HTML-страниц и выполняются средствами браузера. Слово «Java» было добавлено компанией Netscape – разработчиком языка JavaScript – исключительно из маркетинговых соображений.

1.4 Что читать дальше?

О программировании на языке Java издано много хороших книг, в том числе на русском языке. Настоятельно рекомендую несколько изданий, которые особенно хороши для знакомства с Java:

Хабибуллин И. Ш. Самоучитель Java. – 3-е изд., перераб. и доп. – СПб.: БХВ-Петербург, 2008. – 768 с.

Хабибуллин И. Ш. Java 7 в подлиннике. – СПб.: БХВ-Петербург, 2012. – 768с.

Прохоренок Н. А. Основы Java. – СПб.: БХВ-Петербург, 2017. – 704 с.

Васильев А. Н. Программирование на Java для начинающих. – Москва: Издательство «Э», 2017. – 704с.

Монахов В. В. Язык программирования Java и среда NetBeans. – СПб.: БХВ-Петербург, 2012. – 704с. + DVD.

1.5 Другие книги автора

Друзья, если вы интересуетесь техническим творчеством и программированием микроконтроллеров, вам могут пригодиться эти книги:

https://www.ozon.ru/context/detail/id/141872715/

https://www.ozon.ru/context/detail/id/135412298/

Глава 2. Подготовка к работе с Java

Давно остались в прошлом времена, когда программист набирал исходный код программы в текстовом редакторе, а затем запускал компилятор в командной строке и мучительно пытался разобраться в сообщениях об ошибках. Теперь любой серьезный язык программирования располагает интегрированной средой разработки (Integrated Development Environment, IDE). Это специальный набор инструментов разработчика, который может включать в себя редактор со множеством удобных функций, средство управления проектами, компилятор, отладчик, эмулятор мобильных устройств, справочную систему и многое другое.

В настоящее время для программирования на языке Java применяется несколько популярных сред разработки: NetBeans, Eclipse, JDeveloper, JBuilder, IntelliJ IDEA.

В этой книге вы познакомитесь с бесплатной средой NetBeans, которая разработана корпорацией Sun и распространяется с открытым исходным кодом. Допускается использование среды в коммерческих разработках. Название среды содержит игру слов: Java – сорт кофе, Beans – зерна. В тоже время словосочетание Net Beans можно перевести как «сетевые компоненты», потому что дополнительные компоненты IDE можно скачивать из сети по мере необходимости.

Пусть вас не смущает бесплатность и открытость исходного кода NetBeans IDE. По мнению многих профессиональных программистов, эта среда является самой удобной и развитой. Она оснащена отличным редактором графических интерфейсов и продвинутым средством разработки приложений для мобильных устройств.

Возможности среды можно расширять при помощи бесплатных плагинов, которые размещены в специальном репозитории.

2.1 Устанавливаем JDK и NetBeans

Чтобы приступить к программированию на Java, вы должны установить на свой компьютер два обязательных компонента: JDK и NetBeans.

JDK (Java Development Kit) – средство разработки, в состав которого входит компилятор, библиотеки, справочная документация, и собственно сама среда выполнения программ JRE (Java Runtime Environment). В принципе, можно обойтись этим набором, но вам придется набирать код программы в каком-то текстовом редакторе и вручную запускать компилятор из командной строки. В таком случае не может быть речи о средствах отладки или визуального редактирования интерфейсов.

Для полноценной и комфортной работы после установки JDK необходимо установить оболочку NetBeans. Причем установку следует выполнять именно в таком порядке – сначала JDK, затем NetBeans. В противном случае вам придется вручную указать пути к файлам JDK в настройках NetBeans. Но мы поступим еще проще и воспользуемся составным пакетом «JDK + NetBeans Bundle». Установщик пакета сделает за нас всю работу.

Войдите на сайт Oracle по адресу

http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/jdk-netbeans-jsp-142931.html

Если к тому моменту, когда вы читаете эту книгу, изменится версия JDK или NetBeans IDE, то указанная ссылка может перестать работать. В таком случае введите в любую поисковую систему ключевые слова «JDK NetBeans IDE bundle», и это будет проще, чем искать новую ссылку на запутанном корпоративном сайте Oracle.

Щелкните по пункту «Accept License Agreement» (Принять лицензионное соглашение) и скачайте установочный файл для своей операционной системы. Обратите внимание на соответствие разрядности. В примере на рис. 2.1 выбран пакет для 32—разрядной ОС Windows.

Рис. 2.1 Выбор установочного файла JDK + NetBeans bundle

Запустите установочный файл и согласитесь со всеми пунктами настроек. На момент подготовки книги распространялась версия NetBeans IDE 8.2. При первом запуске NetBeans наверняка обнаружит обновления и предложит загрузить их. После установки обновлений можно приступать к знакомству с интерфейсом NetBeans и написанию первой программы.

2.2 Соглашение об именах

Прежде, чем приступить к созданию первого проекта, сделаем небольшое отступление и перечислим основные правила составления имен в языке Java. Обязательно ли нужно выполнять эти правила? Если на званом ужине вы будете вытирать руки о скатерть, то вас не прогонят из-за стола. Но второй раз не пригласят. С выполнением общепринятых соглашений в программировании похожая ситуация. Отклонение от правил именования в большинстве случаев не вызовет ошибку компиляции, но затруднит понимание исходного кода другими программистами. Более того, даже вам будет трудно разрабатывать и отлаживать собственный код, обращаясь к чужим примерам с корректно заданными именами. Надо с первых шагов приучить себя к строгому соблюдению как формальных, так и неписаных правил программирования. Работоспособность приложения – не единственный критерий качества кода.

Язык Java регистрозависимый. Например, filesize и fileSize – разные имена. Тем не менее, лучше избегать использования имен, которые различаются лишь регистром символов, чтобы не затруднять понимание и отладку программы. Обычно «горбатый регистр» (Camel casing) применяется для выделения первых букв слова в составном имени, например, MyFirstClass.

Итак, вот пункты соглашения об именах Java (в скобках приведены примеры):

Пакеты и подпакеты – существительные в единственном числе, только в нижнем регистре, в составных именах слова разделяются подчеркиванием (input_control).

Классы и интерфейсы – существительные или словосочетания в значении существительного. Первые буквы слов в верхнем регистре, слова не разделяются (UserInfo). Имена классов—исключений заканчиваются словом Exception (InvalidCountException).

Классы—наследники