Java

W przeciwieństwie do wieloparadygmatowego języka C++, Java jest silnie ukierunkowana na programowanie obiektowe. Wyjątkiem od całkowitej obiektowości (jak np. w Smalltalku) są typy proste (int, float itp.), inaczej nazywane typami prymitywnymi. Należy jednak pamiętać, że również i one mają swoje odzwierciedlenie obiektowe w przypadku potrzeby użycia danego sposobu zapisu w typach generycznych. Metody i klasy mogą być poprzedzone tzw. adnotacjami^[11].

// oznacza komentarz
// w tej postaci to obiekt reprezentujący kolorowy punkt
public class Figura
{
    // operacje (metody)
    public float obliczPole()
    {
        return 0;
    }

    public float obliczObwód()
    {
        return 0;
    }

    public void wyświetl() { ... }

    // właściwości (atrybuty/pola)
    protected float środekX;
    protected float środekY;
    protected int kolor; // tak naprawdę do przechowywania(tworzenia)
                       // koloru używa się zazwyczaj obiektu java.awt.Color
    ...
}

// „extends” oznacza dziedziczenie po klasie Figura pól: środekX, środekY i kolor
// oraz metod: obliczPole, obliczObwód i wyświetl
public class Kwadrat extends Figura
{
    // dodatkowe atrybuty
    private float wierzchołekX;
    private float wierzchołekY;
    private float długośćBoku;

    // „przesłaniamy” operacje rodzica, dzięki czemu dla każdej 
    // zdefiniowanej Figury można policzyć pole czy obwód
    @Override
    public float obliczPole()
    {
        return długośćBoku * długośćBoku;
    }
    ...
}

Tę właściwość Java ma dzięki temu, że kod źródłowy programów pisanych w Javie kompiluje się do kodu pośredniego. Powstały kod jest niezależny od systemu operacyjnego i procesora, a wykonuje go tzw. wirtualna maszyna Javy, która (między innymi) tłumaczy kod uniwersalny na kod dostosowany do specyfiki konkretnego systemu operacyjnego i procesora. W tej chwili wirtualna maszyna Javy jest już dostępna dla większości systemów operacyjnych i procesorów.

Jednak z uwagi na to, że kod pośredni jest interpretowany, taki program jest wolniejszy niż kompilowany do kodu maszynowego. Z tego względu maszynę wirtualną często uzupełnia się o kompilator JIT. Istnieją również niezależne od Suna kompilatory Javy – przykładem podprojekt GCC o nazwie GCJ.

Dzięki wykorzystaniu reguł obiektowości, Java nie widzi różnicy między danymi płynącymi z pliku lokalnego a danymi z pliku dostępnego przez HTTP czy FTP. Biblioteki Javy udostępniają wyspecjalizowane funkcje umożliwiające programowanie rozproszone – zarówno między aplikacjami Javy (RMI), jak i między aplikacją Javy a aplikacjami napisanymi w innych językach (CORBA, usługi sieciowe). Inne biblioteki udostępniają możliwość pisania aplikacji uruchamianych w przeglądarkach internetowych (aplety Javy) oraz aplikacji działających ciągle po stronie serwera (serwlety)^[12][13].

W zamierzeniu Java miała zastąpić C++ – obiektowego następcę języka C. Jej projektanci zaczęli od rozpoznania tych cech języka C++, które są przyczyną największej liczby błędów programistycznych, by stworzyć język prosty w użyciu, bezpieczny i niezawodny.

O ile po dziesięciu odsłonach Javy jej prostota jest dyskusyjna, o tyle język faktycznie robi dużo, by utrudnić programiście popełnienie błędu. Przede wszystkim Java ma system wyjątków, czyli sytuacji, gdy kod programu natrafia na nieprzewidywane trudności, takie jak np.:

• operacje na elemencie poza zadeklarowaną granicą tablicy lub elemencie pustym,
• czytanie z niedostępnego pliku lub nieprawidłowego adresu URL,
• podanie nieprawidłowych danych przez użytkownika.

W Javie obsługa wyjątków jest obowiązkowa (programista ma możliwość wywołania wyjątku throw, jednak musi dodać do danej metody deklarację throws lub otoczyć kod narażony na wystąpienie wyjątku blokiem try{...} catch{...}; nie jest to wymagane w przypadku obiektów wyjątków dziedziczących po klasie RuntimeException lub Error)^[14]. Przy tym obiekty wchodzące w skład pakietu standardowego Javy implementują wyjątki w każdym miejscu kodu, którego wykonanie jest niepewne ze względu na okoliczności zewnętrzne.

Sama obsługa wyjątków polega na napisaniu kodu, który wykona się w odpowiedzi na taką sytuację nadzwyczajną. Może to być np. podstawienie wartości domyślnej przy natrafieniu na nieprawidłową wartość parametru, zaniechanie danej akcji i powrót do stanu stabilnego czy choćby zapisanie pracy przed wyjściem. W sytuacji wyjątkowej program przerywa normalne wykonanie i tworzy specjalny obiekt wyjątku odpowiedniej klasy, który „wyrzuca” dalszą część działania z normalnego biegu programu. Następnie zdefiniowany przez użytkownika kod „łapie” ten obiekt wyjątku i podejmuje odpowiednie działanie. Działanie może być dwojakiego typu: wspomniane wyżej środki zaradcze lub pominięcie części działania aplikacji dalej, do bloku programu, który nakazał wykonanie wadliwej operacji. Takie podawanie sobie wyjątku może być wieloetapowe i jeśli skończy się w bloku głównym programu, powoduje jego przerwanie i ogłoszenie błędu krytycznego.

Oprócz systemu wyjątków Java od wersji 1.4 ma dwa inne systemy wspomagające pisanie niezawodnych programów: logowanie i asercje. Pierwsze pozwalają na zapisanie w plikach dziennika przebiegu działania programu, z dodatkową możliwością filtrowania zawartości, określenia poziomu logowanych błędów itp. Drugie rozwiązanie pozwala na upewnienie się, że pewne założenia co do określonych wyrażeń (np. że liczba, z której wyciągamy pierwiastek, jest nieujemna) są prawdziwe. Asercje są o tyle ciekawe, że działają tylko z odpowiednią opcją wykonania programu, dzięki czemu programista może sprawdzić działanie programu, a później bez wysiłku spowodować pominięcie testowej części kodu po prostu przez ominięcie tej opcji. Od wersji Javy 7 istnieje również klasa Objects, która przy użyciu pomocniczych metod umożliwia szerszą walidację typów, takich jak sprawdzenie, czy zmienna nie jest tzw. nullem przed przekazaniem jej do dalszej części programu.

W Java 17 LTS pojawiły się m.in. ulepszenia związane z obsługą pamięci, zwiększenie wydajności oraz nowe narzędzia do monitorowania i zarządzania systemem.^[15] W wersji 21 LTS pojawiły się usprawnienia w obszarze obsługi strumieni, wprowadzenie nowych bibliotek do pracy z danymi oraz ulepszenia związane z wydajnością i bezpieczeństwem.^[16]

Java nie jest monolitem, lecz składa się z szeregu klas definiujących obiekty różnego typu. Dla przejrzystości klasy te pogrupowane są w hierarchicznie ułożone pakiety, które system operacyjny widzi jako katalogi. Każdy pakiet grupuje klasy związane z pewnym szerokim zakresem zastosowań języka np. java.io (klasy wejścia-wyjścia), java.util.prefs (klasy użytkowe do obsługi preferencji) czy java.awt (system obsługi trybu graficznego). Hierarchię klas oddają nazwy pakietów, które skonstruowane są podobnie jak ścieżki dostępu do plików. Na przykład klasa Preferences znajdująca się w pakiecie java.util.prefs ma pełną nazwę: java.util.prefs.Preferences, co oznacza:

• java – pakiet należy do zestawu standardowych pakietów Javy,
• util – to różnego typu klasy użytkowe (pomocnicze) głównie organizujące obsługę różnego typu struktur danych,
• prefs – system obsługi preferencji w sposób niezależny od platformy, w którym preferencje systemowe i użytkownika są składowane w postaci hierarchicznego rejestru,
• Preferences – konkretna nazwa klasy.

Dzięki takiemu systemowi nazwy klas są niepowtarzalne, co pozwala uniknąć niejednoznaczności (np. czy chodzi o klasę List implementującą strukturę listy danych czy o List implementującą graficzną listę wyświetlaną w okienku).

Wszystkie klasy pisane przez programistów niezależnych powinny być umieszczane w innych hierarchiach. Firma Sun często zaleca, by w nazewnictwie klas niestandardowych przed właściwą nazwą pakietu stosować odwróconą nazwę domeny internetowej autora pakietu. Na przykład narzędzie Ant znajduje się w pakiecie org.apache.ant, co zapobiega konfliktom nazw z pakietami innych autorów, którzy również chcieliby nazwać swój pakiet Ant.

Domyślnie klasy pakietu nie są możliwe do użycia poza nim. Stąd nie występują konflikty nazw klas przy imporcie różnych pakietów. Klasa pakietu staje się publiczną przy użyciu modyfikatora dostępu public.

Pakiety z hierarchii java i javax (dodatki wprowadzone w późniejszych wersjach) należą do podstawowego zestawu klas rozprowadzanych jako Java. Zestaw ten jest dostępny w dwóch wersjach: JRE (Java Runtime Environment) – udostępnia kod bajtowy wszystkich klas standardowych i wirtualną maszynę do ich uruchamiania, zaś JDK (Java Development Kit) dodatkowo udostępnia źródła tych klas oraz dodatkowe narzędzia takie jak kompilator, kompresor czy debugger. Podział ten wprowadzono dlatego, że użytkownik Javy do uruchamiania programów potrzebuje tylko JRE, natomiast do programowania działających aplikacji potrzeba już JDK.