Файл: История возникновения и развития языка программирования Си ( С++ ) и Java.pdf

Программы на Java транслируются в байт-код, выполняемый виртуальной машиной Java (JVM) — программой, обрабатывающей байтовый код и передающей инструкции оборудованию как интерпретатор.

Достоинством подобного способа выполнения программ является полная независимость байт-кода от операционной системы и оборудования, что позволяет выполнять Java-приложения на любом устройстве, для которого существует соответствующая виртуальная машина. Другой важной особенностью технологии Java является гибкая система безопасности, в рамках которой исполнение программы полностью контролируется виртуальной машиной. Любые операции, которые превышают установленные полномочия программы (например, попытка несанкционированного доступа к данным или соединения с другим компьютером), вызывают немедленное прерывание.

Часто к недостаткам концепции виртуальной машины относят снижение производительности. Ряд усовершенствований несколько увеличил скорость выполнения программ на Java:

- применение технологии трансляции байт-кода в машинный код непосредственно во время работы программы (JIT-технология) с возможностью сохранения версий класса в машинном коде,

- широкое использование платформенно-ориентированного кода (native-код) в стандартных библиотеках,

- аппаратные средства, обеспечивающие ускоренную обработку байт-кода (например, технология Jazelle, поддерживаемая некоторыми процессорами фирмы ARM).

По данным сайта shootout.alioth.debian.org, для семи разных задач время выполнения на Java составляет в среднем в полтора-два раза больше, чем для C/C++, в некоторых случаях Java быстрее, а в отдельных случаях в 7 раз медленнее. С другой стороны, для большинства из них потребление памяти Java-машиной было в 10—30 раз больше, чем программой на C/C++. Также примечательно исследование, проведённое компанией Google, согласно которому отмечается существенно более низкая производительность и бо́льшее потребление памяти в тестовых примерах на Java в сравнении с аналогичными программами на С++. Идеи, заложенные в концепцию и различные реализации среды виртуальной машины Java, вдохновили множество энтузиастов на расширение перечня языков, которые могли бы быть использованы для создания программ, исполняемых на виртуальной машине. Эти идеи нашли также выражение в спецификации общеязыковой инфраструктуры CLI, заложенной в основу платформы .NET компанией Microsoft.

Применение платформы Java.

Следующие успешные проекты реализованы с привлечением Java (J2EE) технологий: RuneScape, Amazon, eBay LinkedIn, Yahoo!.

Следующие компании в основном фокусируются на Java (J2EE) технологиях: SAP, IBM, Oracle. В частности, СУБД Oracle Database включает JVM как свою составную часть, обеспечивающую возможность непосредственного программирования СУБД на языке Java, включая, например, хранимые процедуры.

Программы, написанные на Java, имеют репутацию более медленных и занимающих больше оперативной памяти, чем написанные на языке C. Тем не менее, скорость выполнения программ, написанных на языке Java, была существенно улучшена с выпуском в 1997—1998 годах так называемого JIT-компилятора в версии 1.1 в дополнение к другим особенностям языка для поддержки лучшего анализа кода (такие, как внутренние классы, класс StringBuffer, упрощенные логические вычисления и т. д.). Кроме того, была произведена оптимизация виртуальной машины Java — с 2000 года для этого используется виртуальная машина HotSpot. По состоянию на февраль 2012 года, код Java 7 приблизительно лишь в 1.8 раза медленнее кода, написанного на языке Си.

Некоторые платформы предлагают аппаратную поддержку выполнения для Java. К примеру, микроконтроллеры, выполняющие код Java на аппаратном обеспечении вместо программной JVM, а также основанные на ARM процессоры, которые поддерживают выполнение байткода Java через опцию Jazelle.

Основные возможности:

автоматическое управление памятью;

расширенные возможности обработки исключительных ситуаций;

богатый набор средств фильтрации ввода-вывода;

набор стандартных коллекций: массив, список, стек и т. п.;

наличие простых средств создания сетевых приложений (в том числе с использованием протокола RMI);

наличие классов, позволяющих выполнять HTTP-запросы и обрабатывать ответы;

встроенные в язык средства создания многопоточных приложений, которые потом были портированы на многие языки (например, python);

унифицированный доступ к базам данных:

на уровне отдельных SQL-запросов — на основе JDBC, SQLJ;

на уровне концепции объектов, обладающих способностью к хранению в базе данных — на основе Java Data Objects (англ.) и Java Persistence API;

поддержка обобщений (начиная с версии 1.5);

поддержка лямбд, замыканий, встроенные возможности функционального программирования (с версии 1.8);

параллельное выполнение программ.

Средства обработки ПО.

JDK — помимо набора библиотек для платформ Java SE и Java EE, содержит компилятор командной строки javac и набор утилит, также работающих в режиме командной строки.
NetBeans IDE — свободная интегрированная среда разработки для всех платформ Java — Java ME, Java SE и Java EE. Пропагандируется Oracle, владельцем технологии Java, как базовое средство для разработки ПО на языке Java и других языках (C, C++, PHP, Fortran и др.).
Eclipse IDE — свободная интегрированная среда разработки для Java SE, Java EE и Java ME. Пропагандируется IBM, одним из важнейших разработчиков корпоративного ПО, как базовое средство для разработки ПО на языке Java и других языках (C, C++, Ruby, Fortran и др.)
IntelliJ IDEA — среда разработки для платформ Java SE, Java EE и Java ME. Разработчик — компания JetBrains. Распространяется в двух версиях: свободной бесплатной (Community Edition) и коммерческой проприетарной (Ultimate Edition).
JDeveloper — среда разработки для платформ Java SE, Java EE и Java ME. Разработчик — компания Oracle.
BlueJ — среда разработки программного обеспечения на языке Java, созданная в основном для использования в обучении, но также подходящая для разработки небольших программ.
Java для iOS — обучающее приложение и компилятор для iOS.
Geany — свободная среда разработки программного обеспечения, написанная с использованием библиотеки GTK2

Сравнение Java и C++.

Java и C++ часто сравниваются как языки, унаследовавшие синтаксис Си, несмотря на огромные различия на всех уровнях, от семантики до сферы применимости. Можно сказать, сравнение С++ с Java идёт вторым по частоте после сравнения С++ сСи.

Целевая ниша :

Java позиционируется для весьма конкретного сектора промышленности: безопасный язык с низким порогом вхождения для разработки прикладных пользовательских приложений широкого рынка с высокими показателями портируемости — и с этой задачей справляется. С++ претендует на «универсальную применимость» во всех задачах для всех категорий программистов, но не удовлетворяет в полной мере требованиям, ни одной из заявленных сфер применимости (см. раздел Критика).

Исполнение программы :

Java имеет формальную семантику, ориентированную на интерпретацию, но код Java компилируется в промежуточный код, который непосредственно перед запуском программы компилируется в машинный (иногда говорят об интерпретации байт-кода, но в данном случае это неверно — у современных наиболее распространённых сред исполнения Java оба этапа трансляции являются полностадийными, не ограничиваясь работой в рамках AST, с соответствующим сужением возможностей). C++ имеет естественную семантику, ориентированную на компиляцию, так что уже на аппаратной Java-машине был бы крайне неэффективен и ограничен по возможностям. Одно это определяет разницу в сферах применения языков: Java нецелесообразно использовать в низкоуровневом программировании; С++ — в разработке интернет-приложений. Механизм исполнения Java делает программы полностью портируемыми, по принципу «написано один раз — запускается везде (write once — run everywhere)», хотя это не было первостепенной целью разработчиков. Стандартное окружение и среда исполнения позволяют выполнять программы на Java на любой аппаратной платформе и в любой ОС без каких-либо изменений, при условии существования на данной ОС и платформе среды исполнения. Усилия по портированию программ минимальны, и могут быть сведены к нулю соблюдением определённых рекомендаций при разработке. Ценой портируемости в данном случае становятся определённые накладные расходы (например, размер среды исполнения Java превышает даже их размеры у всех функциональных языков).

Парадигма программирования :

Java в значительно более высокой степени, чем С++, отвечает фундаментальному принципу ООП «всё — объект» (но не в абсолютной — методы классов самостоятельными объектами не являются, в отличие от CLOS или Python). Для объявления глобальных функций или переменных в Java их необходимо оборачивать в фиктивные классы и назначать свойство статичности^[47]. Для задания главной функции даже самой простой программы на Java необходимо поместить её в класс. В Java 8 SE были добавлены некоторые возможности, позволяющие программировать в функциональном стиле.

Объектная модель:

Как и в С++, объектная модель Java наследуется из Симулы (в Java — через промежуточную ступень — язык Modula-2), то есть фундаментально отличается от оной в потомках языка Smalltalk (Objective-C, Python, Ruby). Но есть серьёзные отличия и от С++. В Java все методы являются виртуальными. Есть синтаксический сахар для определения абстрактных классов: использование ключевого слова interface делает все методы класса чистыми виртуальными — такие классы называются в Java «интерфейсами». Множественное наследование допустимо только для них, но не для обычных классов, что улучшает дисциплину программирования — на этапе реализации нет возможности нарушить структуру проекта, построенную на этапе архитектурного проектирования (в С++ это делается легко).

Операторы :

Безусловный переход в Java отсутствует (при этом есть есть механизм именованных блоков, выглядящий как метки в C++ и дающий возможность безусловного выхода из всех вложенных блоков за пределы именованного блока или перехода на следующую итерацию цикла именованного блока). Однако, большинство конструкций являются типичными для всех потомков Алгола: императивный порядок вычислений, присваивания, ветвления, циклы, инфиксные арифметические операции, аргументы в объявлениях и вызовах функций, и пр. В целом спецификация Java отвечает принципу наименьшего удивления и позволяет быстрый переход на Java с любого языка семейства Алгола. Однако, есть и исключения — например, Java, как и C++, позволяет пропускать break в ветви оператора switch (В данном случае скорее работает принцип наименьшого удивления C++ - программистов).

Синтаксис:

Основные конструкции Java и характерное оформление блоков кода наследованы из Си; большинство синтаксических отличий обусловлены разницей в семантике. Спецификаторы видимости компонентов класса в Java указываются на каждый компонент, а не группами, как в С++. В Java нет механизма ввода синтаксического сахара в программу — перегрузки операторов.

Адресная арифметика:

C++ сохраняет возможность работы с низкоуровневыми указателями — это является причиной труднообнаруживаемых ошибок, но необходимо для низкоуровневого программирования. В Java адресной арифметики нет.

Кодогенерация :

C++ не только сохраняет препроцессор Си, но и дополняет его Тьюринг-полным языком шаблонов, существенно расширяя возможности автоматического построения кода. В Java макроопределения времени компиляции отсутствуют.

Интроспекция :

В C++ RTTI ограничена возможностью сравнивать типы объектов между собой и с буквальными значениями типов. В системе Java доступна более подробная информация о типах.

Управление ресурсами:

C++ позволяет использовать принцип «захват ресурсов путём инициализации» (RAII), при котором ресурсы ассоциированы с объектом и автоматически освобождаются при разрушении объекта (например, std::vector и std::ifstream). Также возможен подход, когда программист, выделяя ресурсы (память под объекты, открытые файлы и т. п.), обязан явно позаботиться о своевременном их освобождении. Java работает в среде со сборкой мусора, которая автоматически отслеживает прекращение использования объектов и освобождает занимаемую ими память, если в этом есть необходимость, в некоторый неопределённый момент времени. Ручное управление предпочтительнее в системном программировании, где требуется полный контроль над ресурсами, RAII и Сборка мусора удобнее в прикладном программировании, поскольку в значительной степени освобождают программиста от необходимости отслеживать момент прекращения использования ресурсов. Сборщик мусора Java требует системных ресурсов, что снижает эффективность выполнения программ, лишает программы на Java детерминированности выполнения и способен следить только за памятью. Файлы, каналы, сокеты, объекты графического интерфейса программист на Java всегда освобождает явно.

Окружение :

В состав среды исполнения Java уже входят библиотеки для графики, графического интерфейса, доступа к базам данных и для прочих типовых задач, которые определяют стандарт де-факто их использования. Состав базовой библиотеки C++ предоставляет много меньше возможностей, с другой стороны предоставляя больше свободы в выборе сторонних библиотек.

Заключение

Java – объектно-ориентированный язык программирования, разработанный компанией Sun Microsystems. Приложение Java обычно транслируются в специальный байт-код, поэтому они могут работать на любой виртуальной Java-машине вне зависимости от компьютерной архитектуры. Дата официального выпуска – 23 мая 1995 года.