Файл: История возникновения и развития языка программирования C++ и Java (Происхождение языка Java).pdf

Примерно в то же время, когда определялись основные характеристики языка Java, на сцену выступил второй, несомненно, более важный фактор, который должен был сыграть решающую роль в судьбе этого языка. Конечно же, этим вторым фактором была World Wide Web. Если бы формирование веб не происходило почти одновременно с реализацией Java, этот язык мог бы остаться полезным, но незамеченным языком программирования бытовых электронных устройств. Но с появлением World Wide Web язык Java вышел на передний рубеж проектирования компьютерных языков, поскольку веб также нуждался в переносимых программах.  

Еще на заре своей карьеры большинство программистов твердо усвоили, что переносимые программы столь же недостижимы, сколь и желанны. В то время как потребность в средстве создания эффективных, переносимых (не зависящих от платформы) программ была почти столь же стара, как и сама отрасль программирования, она отодвигалась на задний план другими, более насущными, проблемами. Более того, поскольку большая часть самого мира компьютеров была разделена на три конкурирующих лагеря Intel, Microsoft и UNIX, большинство программистов оставались запертыми в своих аппаратно-программных “твердынях”, что несколько снижало потребность в переносимом коде. Тем не менее с появлением Интернета и веб старая проблема переносимости снова возникла с еще большей актуальностью. В конце концов, Интернет представляет собой разнообразную и распределенную вселенную, заполненную множеством различных типов компьютеров, операционных систем и процессоров. Несмотря на то что к Интернету подключено множество типов платформ, пользователям желательно, чтобы все они могли выполнять одинаковые программы. То, что в начале было неприятной, но не слишком насущной проблемой, превратилось в потребность первостепенной важности. 

К 1993 г. членам группы проектирования Java стало очевидно, что проблемы переносимости, часто возникающие при создании кода, предназначенного для встраивания в контроллеры, возникают также и при попытках создания кода для Интернета. Фактически та же проблема, для решения которой в малом масштабе предназначался язык Java, в большем масштабе была актуальна и в среде Интернета. Понимание этого обстоятельства вынудило разработчиков языка Java перенести свое внимание с бытовой электроники на программирование для Интернета. Таким образом, хотя потребность в архитектурно нейтральном языке программирования послужила своего рода “начальной искрой”, Интернет обеспечил крупномасштабный успех Java. 

Как уже упоминалось, язык Java наследует многие из своих характеристик от языков С и C++. Это сделано намеренно. Разработчики Java знали, что использование знакомого синтаксиса С и повторение объектно-ориентированных свойств C++ должно было сделать их язык привлекательным для миллионов опытных программистов на С /C++. Помимо внешнего сходства, язык Java использует ряд других атрибутов, которые способствовали успеху языков С и C++. Во-первых, язык Java был спроектирован, проверен и усовершенствован настоящими работающими программистами. Этот язык построен с учетом потребностей и опыта людей, которые его создали. Таким образом, Java — это язык программистов. Во-вторых, Java целостен и логически непротиворечив. В-третьих, если не учитывать ограничения, накладываемые средой Интернета, Java предоставляет программисту полный контроль над программой. Если программирование выполняется правильно, это непосредственно отражается в программах. В равной степени справедливо и обратное. Иначе говоря, Java не является языком тренажера. Это язык профессиональных программистов. 

Из-за сходства характеристик языков Java и С, кое-кто склонен считать Java просто “версией языка C++ для Интернета”. Однако это серьезное заблуждение. ЯзыкyJava присущи значительные практические и концептуальные отличия. Хотя и верно, что язык C++ оказал влияние на характеристики языка Java, последний не является усовершенствованной версией C++. Например, Java не обладает совместимостью с C++. Конечно, сходство с языком C++ значительно, и в программе Java программист C++ будет чувствовать себя как дома. Вместе с тем, Java не предназначен служить заменой C++. Язык Java предназначен для решения одного набора проблем, а C++ — для решения другого. Еще длительное время оба эти языка неизбежно будут сосуществовать. 

Как было отмечено в начале этой главы, развитие компьютерных языков обусловлено двумя причинами: необходимостью адаптации к изменениям в среде и необходимостью реализации новых идей в области программирования. Потребность в таком языке как Java возникла из-за изменения среды, которое требовало независящих от платформы программ, чтобы их можно было распространять в интернете. Однако Java изменяет также подход к написанию программ. В частности, Java углубил и усовершенствовал объектно-ориентированный подход, использованный в C++, добавил в него поддержку многопоточной обработки и предоставил библиотеку, которая упростила доступ к Интернету. Однако столь поразительный успех Java обусловлен не теми или иными его отдельными особенностями, а их совокупностью как языка в целом. Он явился прекрасным ответом на потребности в то время лишь зарождающейся среды в высшей степени распределенных компьютерных систем. В области разработки программ для Интернета язык Java стал тем, чем язык С был для системного программирования: революционной силой, которая изменила мир. 

1.6 Связь с языком C#

Многообразие и большие возможности языка Java продолжают оказывать влияние на всю разработку компьютерных языков. Многие из его новаторских характеристик, конструкций и концепций становятся неотъемлемой частью фундамента любого нового языка. Просто успех Java слишком значителен, чтобы его можно было игнорировать.

Вероятно, наиболее наглядным примером влияния языка Java на программирование служит язык С#. Созданный в компании Microsoft для поддержки инфраструктуры .NET Framework, язык C# тесно связан с Java. Например, оба эти языка используют одинаковый общий синтаксис, поддерживают распределенное программирование и работают с одной и той же объектной моделью. Конечно, между Java и C# существует рад различий, но в целом эти языки “выглядят” очень похожими. На сегодняшний день это “перекрестное опыление” между Java и C# — наилучшее доказательство того, что язык Java коренным образом изменил представление о компьютерных языках и их применении. 

1.7 Создание языка Java

Интернет способствовал выдвижению языка Java на передовые рубежи программирования, а язык Java, в свою очередь, оказал сильнейшее влияние на Интернет. Кроме того, что язык Java упростил создание программ для Интернета в целом, он привел к появлению нового типа предназначенных для работы в сетях программ, получивших название аплетов, которые изменили понятие содержимого для сетевой среды. Кроме того, язык Java позволил решить две наиболее острые проблемы программирования, связанные с Интернетом, — переносимость и безопасность. Рассмотрим каждую из этих проблем.

Аплет — это особый вид программы Java, предназначенный для передачи по Интернету и автоматического выполнения совместимым с Java веб-браузером. Более того, аплет загружается по требованию, без необходимости дальнейшего взаимодействия с пользователем.

Возможность загрузки аплетов с сохранением при этом уверенности в невозможности нанесения вреда системе и нарушения системы безопасности многие эксперты и пользователи считают наиболее новаторским аспектом Java.

Переносимость — основная особенность Интернета, поскольку эта глобальная сеть соединяет множество различных типов компьютеров и операционных систем.

1.8 Магия Java: код виртуальной машины

Язык Java способен решать проблемы обеспечения безопасности и переносимости программ благодаря тому, что вывод компилятора Java не является исполняемым кодом. Скорее он представляет собой так называемый код виртуальной машины. Код виртуальной машины (bytecode) — это в высшей степени оптимизированный набор инструкций, предназначенных для исполнения системой времени выполнения Java, называемой виртуальной машиной Java (Java Virtual Machine — JVM). Собственно говоря, первоначальная версия JVM разрабатывалась в качестве интерпретатора кода виртуальной машины. Это довольно странно, поскольку многие современные языки призваны создавать исполняемый код из соображений обеспечения максимальной производительности.

Однако то, что программа Java интерпретируется машиной JVM, помогает решать основные проблемы, связанные с программами, предназначенными для веб. И вот почему.

Трансляция программы Java в код виртуальной машины значительно упрощает ее выполнение в широком множестве сред, поскольку на каждой платформе необходимо реализовать только JVM. Как только в данной системе появляется пакет времени выполнения, в ней можно исполнять любую программу Java. Нужно запомнить, что хотя на разных платформах особенности реализации машины JVM могут быть различными, все они могут выполнять обработку одного и того же кода виртуальной машины. Если бы программа Java компилировалась в машинозависимый код, для каждого типа процессоров, подключенных к Интернету, должны были бы существовать отдельные версии одной и той же программы. Очевидно, что такое решение неприемлемо. Таким образом, выполнение кода виртуальной машины машиной JVM — простейший способ создания действительно переносимых программ. 

То, что программа Java выполняется машиной JVM, способствует также повышению ее безопасности. Поскольку машина JVM управляет выполнением программы, она может изолировать программу и воспрепятствовать порождению ею побочных эффектов вне данной системы. На практике можно убедиться, что ряд ограничений, существующих в языке Java, также способствует повышению безопасности.  В общем случае, когда программа компилируется в промежуточную форму, а затем интерпретируется виртуальной машиной, она выполняется медленнее, чем если бы она была скомпилирована в исполняемый код. Однако при использовании языка Java различие в производительности не слишком велико. Поскольку код виртуальной машины в высокой степени оптимизирован, его применение позволяет машине JVM выполнять программы значительно быстрее, чем можно было ожидать. 

Хотя язык Java был задуман в качестве интерпретируемого языка, ничто не препятствует ему выполнять компиляцию кода виртуальной машины в машинозависимый код “на лету” для повышения производительности. Поэтому вскоре после выпуска Java появилась технология HotSpot. Эта технология предоставляет оперативный компилятор (Justin-Time — JIT) кода виртуальной машины. Когда JIT- компилятор является составной частью машины JVM, избранные фрагменты кода виртуальной машины один за другим компилируются в исполняемый код в реальном времени, по соответствующим запросам. Важно понимать, что одновременная компиляция всей программы Java в исполняемый код нецелесообразна, посколькуJava выполняет различные проверки, которые могут быть осуществлены только во время выполнения. Вместо этого во время работы JIT-компилятор компилирует код по мере необходимости. Более того, компилируются не все фрагменты кода виртуальной машины, а только те, которым компиляция принесет выгоду. Остальной код просто интерпретируется. Однако подход JIT-компиляции все же обеспечивает значительное повышение производительности. Даже в случае применения к коду виртуальной машины динамической компиляции, характеристики переносимости и безопасности сохраняются, поскольку машина JVM по-прежнему отвечает за целостность среды исполнения.

Рассмотрение истории создания и развития языка Java было бы неполным без описания специфичной терминологии Java. Основные факторы, обусловившие изобретение Java, — необходимость обеспечения переносимости и безопасности, однако другие факторы также сыграли свою роль в формировании окончательной версии языка. Группа разработки Java обобщила основные понятия в следующем перечне терминов: 

простота - язык java был задуман в качестве простого в изучении и эффективного в использовании профессиональными программистами языка.;

объектная ориентированность - объектная модель Java проста и легко расширяема. В то же время элементарные типы, такие как целые числа, сохраняются в виде высокопроизводительных компонентов, не являющихся объектами.;

устойчивость - многоплатформенная среда веб предъявляет к программам повышенные требования, поскольку они должны надежно выполняться в разнообразных системах. Так что одним из главных приоритетов при проектировании Java была способность создавать устойчивые программы;

многопоточность - язык Java был разработан в ответ на потребность создания интерактивных сетевых программ. Для достижения этой цели Java поддерживает написание многопоточных программ, которые могут одновременно выполнять много действий.;