معرفی زبان برنامه نویسی جاوا، ویژگی‌ها و کاربردهای آن

مقدمه زبان برنامه نویسی جاوا

زبان برنامه نویسی جاوا یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین زبان‌های برنامه نویسی و البته از محبوب‌ترین بسترهای محاسباتی در دنیا به شمار می‌آید. این زبان برای عصر اینترنت ساخته شده و تا به امروز سرعت بالا، امنیت و قابلیت اعتماد آن، نگاه‌های فراوانی را به سوی این زبان برنامه نویسی سطح بالا کشانده است. امروزه جاوا از لپ‌تاپ‌های شخصی گرفته تا دیتاسنترها، کنسول بازی تا ابررایانه‌های علمی، در تمامی عرصه‌ها ردی از خود به جا نهاده است؛ پس شاید وقت آن رسیده که با ویژگی‌های این زبان محبوب و کاربردهای آن آشنا شویم. با ما همراه باشید.

تاریخچه جاوا

زبان برنامه نویسی جاوا برای اولین بار در سال 1991 توسعه یافت؛ از این رو یک زبان نسبتاً جدید به شمار می‌آید. اولین باری که «جیمز گاسلینگ» از شرکت «Sun Microsystems» و تیمش شروع به طراحی اولین نسخه جاوا کردند، هدف آنان برنامه نویسی لوازم خانگی بود که توسط طیف گسترده‌ای از پردازنده‌های رایانه‌ای کنترل می‌شد. جاوا در ابتدا برای تلویزیون‌های تعاملی طراحی شده بود؛ غافل از اینکه چنین زبانی برای صنعت تلویزیون کابلی دیجیتالی آن زمان بسیار پیشرفته بود.
در سال 1994 «گاسلینگ» دریافت که این زبان برای استفاده در مرورگرهای وب فوق‌العاده است و بدین ترتیب، برای اولین ‌بار جاوا پا به دنیای شبکه جهانی اینترنت گذاشت. مرورگرهای اصلی وب به‌سرعت قابلیت اجرای برنامه‌های جاوا را در صفحات وب به وجود آوردند و این زبان به‌سرعت محبوب شد.

بلوط، اولین نام جاوا

«گاسلینگ» در ابتدا به احترام درخت بلوطی که بیرون دفترش قرار داشت، زبان نوپای خود را «بلوط» نامید. بعدها این پروژه «تیم گرین» نام‌گذاری شد و سرانجام نام آن از «قهوه جاوا» به جاوا تغییر یافت.

زبان برنامه نویسی جاوا را بهتر بشناسیم

جاوا یک زبان برنامه نویسی سطح بالا، مبتنی بر کلاس و شی گرا است که هدف از طراحی آن در اصل کاهش وابستگی‌های مرحله پیاده‌سازی بود. جالب است بدانید که جاوا آن‌قدر سریع، مطمئن و قابل اعتماد است که آن را پرکاربردترین زبان برنامه نویسی می‌دانند و همچنین به عنوان یک بستر محاسباتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این زبان برنامه نویسی از ابتدای سال 2020، به خصوص برای برنامه‌های تحت وب کلاینت-سرور مورد توجه فراوان قرار گرفته و تعداد توسعه دهندگان این زبان به طور تخمینی حدود 9 میلیون نفر در جهان برآورد شده است.

پلتفرم جاوا

هر نوع سخت افزار یا محیط نرم افزاری که در آن برنامه‌ای اجرا می‌شود، به عنوان یک پلتفرم شناخته می‌شود. انواع پلتفرم‌های زبان برنامه نویسی جاوا عبارت‌اند از:

1. پلتفرم جاوا، نسخه استاندارد (Java SE)

API استاندارد جاوا بستری برای ارائه عملکرد اصلی زبان برنامه نویسی جاوا است که کلیه اشیاء را برای کلاس‌های سطح بالا تعریف می‌کند. این پلتفرم برای شبکه‌سازی، امنیت، دسترسی به پایگاه داده، توسعه رابط کاربر گرافیکی (GUI) و تجزیه XML مورد استفاده قرار می‌گیرد.

2. پلتفرم جاوا، نسخه سازمانی (Java EE)

«پلتفرم Java EE» برای توسعه و اجرای برنامه‌های شبکه‌ای قابل بسط، مقیاس بزرگ، چندرشته‌ای، قابل اعتماد و ایمن، یک API و محیط زمان اجرا در اختیار توسعه دهندگان قرار می‌دهد.

3. پلتفرم زبان برنامه نویسی جاوا، نسخه میکرو (Java ME)

«پلتفرم »Java ME یک API و یک ماشین مجازی با فوت پرینت کوچک فراهم می‌آورد که اپلیکیشن‌هایی که به زبان جاوا نوشته شده‌اند را بر روی دستگاه‌های کوچک مانند تلفن‌های همراه اجرا می‌کند.

4. جاوا FX

«JavaFX» با استفاده از یک API با رابط کاربری سبک یک بستر مناسب برای توسعه برنامه‌های اینترنتی به وجود ‌آورده است. این پلتفرم از موتورهای گرافیکی با سخت افزار قوی در کنار تعدادی مدیا موتور استفاده می‌کند که به کمک آن، از مشتریانی با کارایی بالاتر و API هایی با ظاهر و باطن مدرن‌تر برای اتصال به منابع داده شبکه استفاده کند.

کاربردهای زبان برنامه نویسی جاوا

جاوا نه‌تنها در ساخت نرم افزارها، بلکه در طراحی قطعات سخت افزاری کنترل نرم افزار نیز کاربرد گسترده‌ای دارد. هر ساله بیش از 930 میلیون بار فایل‌های JRE دانلود می‌شوند و در حال حاضر بر روی 3 میلیارد تلفن همراه در حال اجرا است. برخی دیگر از کاربردهای جاوا عبارت‌اند از:

• توسعه نرم افزارهای دسکتاپ
•  برنامه‌های تحت وب مانند Linkedin، Snapdeal و غیره
•  برنامه‌های سازمانی مانند برنامه‌های بانکی
•  سیستم عامل تلفن همراه مانند اندروید
•  سیستم‌های تعبیه شده
•  رباتیک و بازی‌ها و غیره

انواع برنامه‌های جاوا

انواع برنامه‌هایی که در زیر معرفی شده را می‌توانیم با استفاده از زبان برنامه نویسی جاوا توسعه دهیم:

1. برنامه‌های مستقل

برنامه‌های مستقل آن دسته از برنامه‌هایی هستند که بدون اضافه کردن پردازش فایل، در یک پردازش رایانه جداگانه اجرا می‌شوند. این برنامه‌ها همچنین با نام «Java GUI Applications» یا «Desktop Applications» شناخته می‌شوند که از برخی مؤلفه‌های استاندارد GUI مانند AWT (Abstract Windowing Toolkit) swing و JavaFX استفاده می‌کنند. این مؤلفه‌ها قابلیت‌هایی چون دکمه، منو، جداول، جعبه ابزار، گرافیک سه بعدی و غیره را به نرم افزار اضافه کرده و اجازه می‌دهند بر روی هر نوع دستگاهی نصب شود.
مثال: مدیا پلیر، آنتی ویروس، Paint، نرم افزار POS Billing و … .

2. برنامه‌های تحت وب

برنامه‌های تحت وب از جمله نرم افزارهای کلاینت-سرور هستند که توسط کلاینت اجرا می‌شوند. برای توسعه این برنامه‌ها از فریم‌ورک «Servlets»، «Struts» «JSP» «Spring»، Hibernate و غیره استفاده می‌شود.
مثال: ایمیل، وب‌سایت فروشگاهی، وب‌سایت بانک و … .

3. برنامه‌های سازمانی (Enterprise)

برنامه‌های Enterprise یا سازمانی، میان‌افزاری برای استفاده از فناوری‌ها و خدمات سیستم‌های نرم افزاری و سخت افزاری در سراسر یک شرکت به حساب می‌آیند. این برنامه‌ها برای حوزه‌های شرکتی مانند سیستم‌های تجاری بانکی طراحی می‌شوند.
مثال: تجارت الکترونیکی، حسابداری، سیستم‌های اطلاعات بانکی و … .

4. برنامه‌های موبایل

برای برنامه‌های موبایلی جاوا از فریم‌ورک «ME» یا «J2ME» استفاده می‌شود. این چارچوب نوعی کراس پلتفرم است که برنامه‌ها را بر روی تلفن‌ها و دستگاه‌های هوشمند اجرا می‌کند. همچنین این زبان برای توسعه اپلیکیشن‌ها بر روی سیستم عامل اندروید نیز بستر خوبی فراهم آورده است.
مثال: WhatsApp ، Xender و …

ویژگی‌های زبان کدنویسی جاوا

دانشجویان و متخصصانی که در بحث دامنه توسعه نرم افزار کار می‌کنند، برای آنکه به یک مهندس نرم افزار عالی تبدیل شوند، باید زبان برنامه نویسی جاوا را بیاموزند. برخی از مزایای اصلی یادگیری این زبان عبارت‌اند از:

• شی گرا: در جاوا، هر چیزی یک شی است و دقیقاً به همین دلیل، این زبان به راحتی قابل بسط و گسترش است.
•  مستقل از پلتفرم: برخلاف بسیاری از زبان‌های برنامه نویسی دیگر مثل C و C ++ ، کامپایل شدن جاوا، در ماشین مخصوص سیستم عامل اتفاق نمی‌افتد؛ بلکه در کد بایت مستقل از پلتفرم کامپایل می‌شود. این کد بایت از طریق وب توزیع شده و توسط ماشین مجازی (JVM) بر روی هر کدام از پلتفرم‌های اجرا شده، تفسیر می‌شود.
•  ساده: جاوا به‌گونه‌ای طراحی شده که یادگیری آن آسان باشد. اگر مفهوم اساسی برنامه نویسی شی گرا را درک کنید، تسلط بر این زبان خصوصاً برای برنامه نویس‌هایی که از قبل با C یا C ++ آشنایی دارند، آسان خواهد بود.
• کدنویسی کمتر: مقایسه معیارهای برنامه (تعداد کلاس‌ها، تعداد متدها و …) نشان می‌دهد که حجم برنامه‌ای که به زبان برنامه نویسی جاوا نوشته می‌شود، می‌تواند تا چهار برابر از همان برنامه به زبان C ++ کمتر باشد.
•  امن: ایمن بودن این زبان، امکان توسعه سیستم‌های بدون ویروس و ایمن در برابر مداخله را فراهم می‌کند. روش‌های احراز هویت بر اساس رمزنگاری کلید عمومی (Public-key cryptography) است.
•  معماری خنثی: کامپایلر جاوا یک فرمت فایل شی با معماری خنثی می‌سازد که سبب می‌شود کد کامپایل شده جاوا در حضور سیستم زمان اجرا، در پردازنده‌های متعددی قابل اجرا باشد.
• قدرتمند: جاوا با تأکید بر بررسی خطای زمان کامپایل و بررسی زمان اجرا سعی دارد موقعیت‌های مستعد خطا را به طور کامل از بین ببرد.
•  چندرشته‌ای: با ویژگی چندرشته‌ای جاوا امکان نوشتن برنامه‌هایی وجود دارد که قادرند چند کار را با هم انجام دهند. با این ویژگی، توسعه دهندگان به راحتی می‌توانند برنامه‌های تعاملی طراحی و تولید کنند.
•  پویا: جاوا به مراتب پویاتر از زبان C یا C ++ در نظر گرفته می‌شود؛ چرا که در اصل برای انطباق با یک محیط در حال توسعه و رو به رشد طراحی شده است. نرم افزارهای جاوا حامل مقادیر زیادی از اطلاعات زمان اجرا هستند که برای تأیید و حل دسترسی به اشیا در زمان اجرا مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نسخه‌های جاوا تا به امروز

در این قسمت تاریخچه مختصری از تمام نسخه های جاوا با تاریخ انتشار آن آورده شده است.

• JDK Alpha وBeta (1995)
• JDK 1.0 23 (ژانویه 1996)
• JDK 1.1 (نوزدهم فوریه 1997)
• J2SE 1.2 8 (دسامبر 1998)
• J2SE 1.3 8 (مه 2000)
• J2SE 1.4 (ششم فوریه 2002)
• J2SE 5.0 (سپتامبر 2004)
• Java SE 6 (یازدهم دسامبر 2006)
• Java SE 7 28 (ژوئیه 2011)
• Java SE 8 (هجدهم مارس 2014)
• Java SE 9 (بیست و یکم سپتامبر 2017)
• Java SE 10 (بیستم مارس 2018)
• Java SE 11 (بیست و پنجم سپتامبر 2018)
• Java SE 12 (نوزدهم مارس 2019)
• Java SE 13 (هفدهم سپتامبر 2019)
• Java SE 14 (هفدهم مارس 2020)
• Java SE 15 15 (سپتامبر 2020-آخرین نسخه جاوا)

کلام آخر

توسعه دهندگان اپلیکیشن و نرم افزار همواره باید به دنبال بهینه‌ترین و امن‌ترین راه تولید نرم افزار باشند و امروزه زبان کد نویسی جاوا با برآورده کردن تمامی معیارهای یک زبان خوب، به طور گسترده در هر گوشه و کنار جهان زندگی بشر را به دست گرفته و جایگاه خود را به خوبی تثبیت کرده است. پیشنهاد می‌کنیم با مطالعه این مقاله با زیر و بم این زبان قدرتمند آشنا شوید و اگر اطلاعات بیشتری در مورد این زبان برنامه نویسی دارید، دانسته‌های خود را با ما به اشتراک بگذارید