زبان برنامه نویسی جاوا چیست؟ آشنایی با ۰ تا ۱۰۰ جاوا java

زبان برنامه‌ نویسی جاوا چیست؟ چگونه میتوان جاوا را یادگرفت؟ جاوا یک زبان برنامه‌نویسی شی‌گراست که طیف وسیعی از انواع برنامه‌ها را می‌توان با آن تولید کرد. با آموزش برنامه‌نویسی یاد می‌گیرید چگونه برنامه‌های موبایل، برنامه‌های رومیزی، برنامه‌های پیشرفته و تحت وب را بسازید. هدف اولیه جاوا، نوشتن برنامه‌هایی بود که بتوانند مستقل از سیستم عامل اجرا شوند، اما به مرور جاوا توسعه یافت و کتابخانه‌های آن امکان تولید هر برنامه‌ای را ممکن ساخت.

جاوا چیست؟ 

زبان برنامه‌ نویسی جاوا (Java)، یک زبان با سازگاری بالا و قدرتمند است که در اواسط دهه ۹۰ میلادی توسعه داده شد. جاوا زبان سطح بالا (High-Level) و شی‌گرایی (Object Oriented) محسوب می‌شود که با یک اصل مهم، تحت عنوان WORA طراحی شد. اصل WORA به معنای «یک بار بنویس، همه جا اجرا کن» (Write Once, Run Anywhere) است. به بیان دیگر، می‌توان کدهای زبان جاوا را روی یک دستگاه نوشت و بدون نیاز به کامپایل مجدد، آن را روی هر دستگاهی اجرا کرد که JVM را پیشتیبانی می‌کند. این قابل حمل بودن (Portability) زبان جاوا، به واسطه استفاده از ماشین مجازی جاوا (JVM) فراهم شده است. شایان ذکر است که بایت‌کدهای جاوا توسط JVM اجرا می‌شوند.

ویژگی‌های زبان برنامه‌نویسی جاوا

موارد زیر، مهم‌ترین مشخصه‌های زبان برنامه‌ نویسی جاوا به شمار می‌روند:

• شی‌گرایی: زبان برنامه‌نویسی جاوا از اصول برنامه‌نویسی شی‌گرا (OOP) شامل کلاس‌ها، اشیا، ارث بری (Inheritance) و چندریختی (Polymorphism)، پیروی می‌کند. این ویژگی جاوا، کدنویسی ماژولار و با قابلیت استفاده مجدد را ترویج می‌دهد.
• استقلال پلتفرمی: اپلیکیشن‌های جاوا قابلیت اجرا شدن روی هر دستگاهی را دارند که JVM روی آن‌ها نصب باشد. کد جاوا به یک فرم میانی تحت عنوان Bytecode کامپایل می‌شود و می‌توان آن را روی هر پتلفرم حاوی «JVM سازگار» اجرا کرد.
• انتقال‌پذیری (Portability): استقلال پلتفرمی زبان جاوا، قابل حمل بودن آن را به دنبال دارد. توسعه‌دهندگان کدها را روی یک سیستم عامل بنویسند و بدون تغییر، آن کدها را روی سایر پلتفرم‌ها اجرا کنند.
• امنیت: زبان جاوا دارای ویژگی‌های امنیتی توکار (Built-In) است که به واسطه آن‌ها، سیستم‌ها از کدهای مخرب محفوظ می‌مانند. JRE حاوی یک Security Manager است که با استفاده از آن، می‌توان دسترسی به منابع را کنترل کرده و از فعالیت‌های غیرمجاز جلوگیری کرد.
• چندنخی (Multithread): جاوا از چندرشته‌ای یا همان مالتی تردینگ پشتیبانی می‌کند؛ این یعنی، امکان اجرای همروند (Concurrent) چند نخ در درون یک برنامه وجود دارد. این ویژگی Java برای برنامه‌نویسانی مناسب است که می‌خواهند چند Task را به‌صورت همزمان اجرا کنند.
• کتابخانه استاندارد و غنی: کتابخانه استانداردشده جاوا، طیف وسیعی از کلاس‌ها و توابع از قبل ساخته شده (Pre-Built) را شامل می‌شود. به این ترتیب، برنامه‌نویس می‌تواند اجرای Taskهای رایج را بدون نیاز به نوشتن از پایه اجرا کند.
• پشتیبانی کامیونیتی: زبان برنامه‌نویسی جاوا، انجمن برنامه‌نویسان گسترده و فعالی دارد که همگی در ساختن کتابخانه‌ها، فریم‌ورک‌ها و ابزارهای مختلفی سهیم هستند. به‌عنوان مثال، دو فریم‌ورک اسپرینگ (Spring) و هایبرنیت (Hibernate) به‌صورت گسترده در توسعه جاوا به کار می‌روند.
• تطبیق‌پذیری: جاوا با انواع اپلیکیشن‌ها، ازجمله توسعه وب، توسعه اپ موبایل، سیستم‌های سطح سازمانی و سایر موارد سازگار است.

مزایای زبان برنامه‌نویسی جاوا

زبان برنامه‌ نویسی جاوا چیست؟ نکات مثبت زبان جاوا عبارتند از:

• امکان اجرای کدهای جاوا روی هر دستگاه دارای JVM
• پیروی جاوا از برنامه‌نویسی شی‌گرا و تسهیل ماژولاریتی کد
• کارایی بالا و سرعت مناسب
• یادگیری آسان و خوانایی بالا
• سازگاری با تکنولوژی‌های قابل تغییر
• مقیاس‌پذیری و قابل اکتفا بودن زبان جاوا

معایب زبان برنامه‌نویسی جاوا

زبان برنامه‌ نویسی جاوا چیست؟ کاستی‌های زبان جاوا در ادامه لیست شده‌اند:

• Startup Time پایین (در مقایسه با سایر زبان‌های ذاتاً کامپایلری)
• عدم امکان پشتیبان‌گیری برای استفاده‌های آتی
• دسترسی سطح پایین (Low-Level) محدود
• سربار نسبی مربوط به Garbage Collection

کاربرد زبان برنامه‌ نویسی جاوا چیست؟

زبان برنامه‌ نویسی جاوا چیست؟ در این بخش، به موارد استفاده زبان برنامه‌نویسی جاوا پرداخته می‌شود.

• توسعه وب: فریم‌ورک‌های زبان جاوا برای ساخت وب اپلیکیشن‌های (Web Applications) سمت سرور مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• اپلیکیشن‌های سطح سازمانی: جاوا یک انتخاب مشهور برای توسعه اپلیکیشن‌های با مقیاس بالا و سطح سازمانی محسوب می‌شود. 
• اپلیکیشن‌های موبایل: زبان جاوا به منظور توسعه اپلیکیشن اندروید به کار می‌رود. Android Studio، به‌عنوان IDE رسمی اندروید، از زبان جاوا استفاده می‌کند.
• توسعه بک‌اند: زبان برنامه‌نویسی جاوا به‌همراه فریم‌ورک‌های آن، برای ساخت بخش بک‌اند وب‌اپلیکیشن‌ها به کار می‌روند. ضمن اینکه این ویژگی Java، از توسعه وب سرویس‌های RESTful پشتیبانی می‌کند.
• اپلیکیشن‌های GUI دسکتاپ: در زبان جاوا، کتابخانه‌های GUI همچون Swing و JavaFX، به هدف توسعه اپلیکیشن‌های دسکتاپ با رابط گرافیکی غنی، توسعه داده شده‌اند.
• محصولات میان‌افزار: یکی از کاربردهای زبان برنامه‎‌نویسی جاوا، ایجاد محصولات میان‌افزار (Middleware Products)، مانند Apache Tomcat و WildFly، است. با کمک محصولات میان‌افزار، برقراری ارتباط میان کامپوننت‌های نرم‌افزاری گوناگون، تسهیل می‌‌یابند.
• پردازش کلان‌داده: می‌توان زبان جاوا را در فریم‌ورک‌های پردازش کلان‌داده (Big Data)، همچون آپاچی هودوپ (Apache Hadoop) و آپاچی اسپارک (Apache Spark)، به کار برد.
• اینترنت اشیا (IOT): استقلال پلتفرمی زبان جاوا ، آن را به یک زبان مناسب برای توسعه اپلیکیشن‌ها در IOT تبدیل می‌کند.
• توسعه بازی: به واسطه کتابخانه‌ای مانند LibGDX، می‌توان از جاوا برای توسعه بازی‌های مخصوص اندروید استفاده کرد.

آمار و ارقام مربوط به زبان برنامه‌نویسی جاوا

زبان برنامه‌ نویسی جاوا چیست؟ براساس داده‌های آماری به‌روز، از جمله Stack Overflow Developer Survey ۲۰۲۵، زبان برنامه‌نویسی جاوا یکی از پرکاربردترین گزینه‌ها در میان انواع زبان‌های برنامه‌نویسی است، به‌طوری که حدود ۲۹.۴٪ از توسعه‌دهندگان در پاسخ‌گویی به این نظرسنجی اعلام کرده‌اند که از جاوا استفاده می‌کنند.

این آمار نشان می‌دهد که با وجود ظهور زبان‌های جدید و تغییرات سریع در دنیای توسعه نرم‌افزار، جاوا پس از بیش از سه دهه هنوز در لیست برترین زبان‌ها قرار دارد، به‌خصوص در حوزه‌های توسعه‌ی سازمانی، بک‌اند و توسعهٔ اندروید، و سهم قابل‌توجهی در بازار کار دارد.

نسخه‌های مختلف جاوا

زبان برنامه‌ نویسی جاوا چیست؟ اگرچه مکانیسم کامپایل، دیباگ و اجرای برنامه‌های جاوا برای هر برنامه‌ای که به زبان جاوا نوشته می‌شود یکسان است، اما به لحاظ انواع برنامه‌هایی که با جاوا تولید می‌شوند، جاوا در سه نسخه مختلف ارائه می‌شود که هر نسخه برای تولید نوع خاصی از برنامه‌ها استفاده می‌شود. تفاوت نسخه‌های جاوا در در کتابخانه‌های آنهاست وگرنه در کامپایلر، دیباگر، اجراکننده جاوا و بسیاری از ابزارهای دیگر یکسان هستند. جدول زیر نسخه های جاوا و تفاوت‌های آنها را توضیح می‌دهد.

امروزه از بین نسخه‌های فوق، فقط نسخه‌های Java EE و Java SE رونق دارد. اگر بخواهیم فارغ از قابلیت‌هایی که این دو نسخه دارند فقط یک تفاوت اصلی بین این دو نسخه بیان کنیم باید بگوییم که برنامه‌های Java SE روی هر کامپیوتری که ماشین مجازی جاوا وجود داشته باشد اجرا می‌شود در حالی‌که برنامه‌های Java EE صرفا روی سرور اجرا می‌شوند و بنابراین علاوه بر ماشین مجازی جاوا به برنامه دیگری که روی سرور نصب می‌شود نیز نیاز است.
به این ترتیب باید گفت اگر از جاوا چیزی نمی‌دانید و قصد دارید جاوا را شروع کنید، نقطه شروع برنامه نویسی شما Java SE یا همان «جاوا استاندارد» است.

برای شروع زبان برنامه‌نویسی جاوا به چه چیزهایی نیاز است؟

برای شروع زبان برنامه‌ نویسی جاوا باید JDK را روی سیستم خود نصب کنید. JDK مخفف Java Development Kit است که در فارسی به آن «بسته توسعه جاوا» گفته می‌شود. این بسته شامل کتابخانه‌های جاوا، کامپایلر، دیباگر، و مجموعه‌ای از ابزارهای جانبی است که برای برنامه‌نویسی جاوا به آنها نیاز دارید. این بسته توسط شرکت اوراکل ارائه می‌شود و باید از وبسایت این شرکت دانلود کنید.

علاوه بر JDK، شما به یک IDE هم نیاز دارید. IDE همان ویرایشگری است که کدهای خود را در آن تایپ می‌کنید و برنامه خود را در محیط آن کامپایل و دیباگ می‌کنید. برای جاوا IDE‌های مختلفی توسط گروه‌ها و شرکت‌های مختلف ارائه شده‌اند، برخی از آنها رایگان و برخی دیگر تجاری هستند.

اگر صرفا قصد برنامه‌نویسی جاوا استاندارد را دارید تمامی IDEهای رایگان و تجاری می‌توانند نیاز شما را برآورده کنند، اما قطعا IDEهای رایگان برای برنامه‌نویسی پیشرفته جاوا امکانات کمتری دارند و بنابراین بهتر است به سمت IDEهای پیشرفته بروید. در حال حاضر IntelliJ IDEA بهترین محیط برنامه‌نویسی جاوا محسوب می‌شود که هم دارای نسخه رایگان و هم نسخه تجاری می‌باشد.

نتیجه اینکه برای برنامه‌نویسی جاوا JDK و IntelliJ IDEA را روی سیستم خود نصب کنید.

زبان برنامه‌نویسی جاوا چگونه کار می‌کند؟

وقتی برنامه‌ای به زبان جاوا می‌نویسید کدهای خود را در فایل‌هایی با پسوند .java ذخیره می‌کنید. سپس با استفاده از کامپایلر جاوا این کدها را کامپایل می‌کنید تا خطاهای گرامری آن کشف شود، اگر هیچ خطای گرامری وجود نداشته باشد کدهای شما کامپایل می‌شود و از روی آنها فایل‌هایی با پسوند .Class تولید می‌شود این فایل‌ها حاوی کدهای میانی هستند که به آنها «بایت-کد» گفته می‌شود. این بایت‌کدها، کدهایی بین زبان سطح بالای جاوا و زبان سطح پایین ماشین هستند، بنابراین برای اجرا به یک اجرا کننده نیاز دارند. اجرا کننده جاوا که به آن «ماشین مجازی جاوا» نیز گفته می‌شود مسئولیت اجرای بایت-کدها را برعهده دارد.

بایت‌هایی که از روی سورس‌های برنامه تولید می‌شوند مستقل از سیستم عامل هستند، به عبارت دیگر ملاحظات سخت‌افزار و سیستم عامل در تولید آنها تاثیری ندارد اما ماشین مجازی جاوا که آنها را اجرا می‌کند مسئولیت انطباق آنها را به محیط اجرایی و سیستم عامل برعهده دارد.

از جملات بالا می‌توان نتیجه‌گیری کرد که برای سیستم عامل‌های مختلف، ماشین‌های مجازی متمایزی طراحی شده است که کار هریک از آنها انطباق بایت‌کدهای یک برنامه بر آن سیستم عامل است. دقت کنید که ماشین مجازی جاوا یا اجرا کننده جاوا بخشی از JDK است که قبلا آن‌را نصب کرده‌اید.

در زبان برنامه‌نویسی جاوا استاندارد چه چیزهایی هست که باید بیاموزم؟

بعد از نصب ابزارهای مورد نیاز برای زبان برنامه‌ نویسی جاوا (از قبیل IDE و JDK) شما آماده هستید تا برنامه‌نویسی به زبان جاوا را آغاز کنید. یادگیری جاوا استاندارد را می‌توان به دو بخش تقسیم کرد، ۱- قواعد دستور زبان جاوا ۲- کتابخانه‌های استاندارد زبان جاوا.

قواعد دستور زبان جاوا

یادگیری دستور زبان جاوا به معنی یادگیری نحوه نوشتن کدهای جاواست. اگر قبلا سابقه برنامه‌نویسی به زبان دیگری را دارید این قسمت برای شما بسیار آسان و سریع خواهد گذشت زیرا مفاهیم پایه در کدنویسی زبان جاوا مشابه زبان‌های برنامه‌نویسی دیگر است. خصوصا اگر با زبان‌های شی‌گرایی دیگر از قبیل C++ یاC# کدنویسی کرده‌اید باید بگویم زمان یادگیری این بخش بسیار بسیار کوتاه است.

کتابخانه‌های استاندارد زبان جاوا (Java API)

زبان برنامه‌ نویسی جاوا چیست؟ وقتی قواعد و دستور زبان جاوا را آموختید زمان آن فرارسیده است که یک برنامه واقعی بنویسید اما نوشتن برنامه واقعی فقط با استفاده از کتابخانه‌ها و زیرساختی که زبان جاوا برای شما آماده کرده است امکان‌پذیر است. درست مثل این است که شما بخواهید خانه‌ای بسازید، در این راه قطعا قصد ندارید که آجر و سیمان و آهن را نیز خودتان بسازید! کار برنامه‌نویسان استفاده از امکانات سطح بالایی است که یک زبان برنامه‌نویسی در اختیار آنها قرار می‌دهد و کتابخانه‌ها و APIای که آن زبان در اختیار می‌گذارد بخشی از آن زیر ساخت است.

دقت کنید که اصطلاح «کتابخانه» در زبان‌های قدیمی استفاده می‌شد و امروزه به جای این اصطلاح از API که مخفف عبارت Application Programming Interface است استفاده می‌شود و در فارسی به آن «واسط کاربری برنامه‌نویسی» گفته می‌شود. اگرچه اصطلاح کتابخانه با واژه API با یکدیگر کمی متفاوت هستند اما می‌توان برای سادگی آنها را معادل یکدیگر تصور کرد.

سخن پایانی زبان برنامه‌ نویسی جاوا

زبان برنامه‌ نویسی جاوا چیست؟ زبان جاوا نقش بسزایی در توسعه نرم‌افزار از خود به نمایش گذاشته است و به‌عنوان یک انتخاب مطلوب، توسط سازمان‌ها و توسعه‌دهندگان در سراسر جهان استفاده می‌شود. در این مقاله، به معرفی جاوا و کاربردهای آن پرداخته شد تا شما بتوانید با مزیت‌ها و نکات مثبت آن آشنا شوید. اگر دنبال آموزش برنامه‌نویسی به‌صورت کاربردی هستید، منابع معتبر مانند دوره‌های نیک‌ آموز می‌توانند مسیر یادگیری را سرعت ببخشند.

سوالات متداول زبان برنامه‌ نویسی جاوا

۱. جاوا چیست و چرا به‌عنوان یک زبان برنامه‌نویسی شی‌گرا شناخته می‌شود؟

جاوا یک زبان برنامه‌نویسی سطح بالا و شی‌گراست که امکان تولید انواع برنامه‌ها از جمله برنامه‌های موبایل، رومیزی، تحت وب و سازمانی را فراهم می‌کند. شی‌گرا بودن جاوا به این معناست که مفاهیمی مانند کلاس، شی، ارث‌بری و چندریختی را پیاده‌سازی می‌کند و همین موضوع باعث کدنویسی ماژولار، قابل نگه‌داری و قابل توسعه می‌شود.

۲. هدف اولیه از طراحی زبان برنامه‌نویسی جاوا چه بود؟

هدف اولیه جاوا، نوشتن برنامه‌هایی بود که مستقل از سیستم عامل اجرا شوند. این ایده بعدها با اصل WORA یا «یک بار بنویس، همه جا اجرا کن» شناخته شد که به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد کد را یک‌بار بنویسند و روی هر سیستمی که JVM دارد اجرا کنند.

۳. اصل WORA در جاوا به چه معناست و چگونه پیاده‌سازی شده است؟

اصل WORA مخفف Write Once, Run Anywhere است. این اصل به کمک ماشین مجازی جاوا (JVM) پیاده‌سازی شده است. کد جاوا ابتدا به بایت‌کد تبدیل می‌شود و سپس JVM متناسب با هر سیستم عامل، آن بایت‌کد را اجرا می‌کند بدون نیاز به کامپایل مجدد.

۴. نقش JVM در اجرای برنامه‌های جاوا چیست؟

JVM یا ماشین مجازی جاوا مسئول اجرای بایت‌کدهای جاواست. این ماشین واسطه‌ای بین کد جاوا و سیستم عامل است و باعث می‌شود برنامه‌های جاوا مستقل از سخت‌افزار و سیستم عامل اجرا شوند. هر سیستم عامل JVM مخصوص به خود را دارد.

۵. چرا جاوا یک زبان مستقل از پلتفرم محسوب می‌شود؟

زیرا کدهای جاوا مستقیماً به کد ماشین سیستم عامل تبدیل نمی‌شوند، بلکه ابتدا به بایت‌کد کامپایل شده و سپس توسط JVM اجرا می‌شوند. همین واسطه بودن JVM باعث می‌شود جاوا روی هر پلتفرمی که JVM دارد اجرا شود.

۶. چندنخی (Multithreading) در جاوا به چه معناست؟

چندنخی یعنی امکان اجرای همزمان چند نخ یا Thread در یک برنامه. جاوا از این قابلیت پشتیبانی می‌کند و به برنامه‌نویس اجازه می‌دهد چند Task را به‌صورت هم‌زمان اجرا کند، که این موضوع برای برنامه‌های سنگین و هم‌زمان بسیار کاربردی است.

۷. تفاوت Java SE و Java EE چیست؟

Java SE نسخه پایه جاواست و برای برنامه‌های دسکتاپ، کنسول و کتابخانه‌ها استفاده می‌شود.

Java EE نسخه سازمانی جاواست و برای اپلیکیشن‌های بزرگ، وب و سمت سرور به کار می‌رود. تفاوت اصلی این دو در کتابخانه‌ها و محیط اجرا است، نه در زبان یا کامپایلر.

۸. برای شروع برنامه‌نویسی جاوا به چه ابزارهایی نیاز است؟

برای شروع، نصب JDK ضروری است که شامل کامپایلر، کتابخانه‌ها و ابزارهای لازم برای توسعه جاواست. علاوه بر آن، استفاده از یک IDE مانند IntelliJ IDEA باعث می‌شود کدنویسی، دیباگ و مدیریت پروژه ساده‌تر و حرفه‌ای‌تر انجام شود.

۹. بایت‌کد جاوا چیست و چرا اهمیت دارد؟

بایت‌کد خروجی کامپایل کدهای جاواست که در فایل‌های با پسوند .class ذخیره می‌شود. این بایت‌کد مستقل از سیستم عامل است و توسط JVM اجرا می‌شود. همین ویژگی بایت‌کد، اساس استقلال پلتفرمی جاوا را تشکیل می‌دهد.

۱۰. چرا یادگیری Java SE نقطه شروع مناسبی برای برنامه‌نویسی جاوا است؟

زیرا Java SE پایه و اساس تمام نسخه‌های دیگر جاواست. مفاهیم اصلی زبان، دستور زبان جاوا و کتابخانه‌های استاندارد در این نسخه قرار دارند. بدون تسلط بر Java SE، یادگیری Java EE یا سایر کاربردهای جاوا عملاً بی‌معناست.

⚠️ قبل از اینکه این اشتباه رو توی یادگیریت مرتکب بشی، این مقاله‌ها رو ببین:

• نصب و دانلود جاوا

• جاوا اسکریپت چیست؟

• متغیر ها در جاوا

• Collection در جاوا؛ انواع، ویژگی و نحوه بهینه‌سازی