From 33613a85afc4b1481367fbe92a17ee59c240250b Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Sven Eisenhauer Date: Fri, 10 Nov 2023 15:11:48 +0100 Subject: add new repo --- .../hjp5/html/k100010.html | 561 +++++++++++++++++++++ 1 file changed, 561 insertions(+) create mode 100644 Master/Reference Architectures and Patterns/hjp5/html/k100010.html (limited to 'Master/Reference Architectures and Patterns/hjp5/html/k100010.html') diff --git a/Master/Reference Architectures and Patterns/hjp5/html/k100010.html b/Master/Reference Architectures and Patterns/hjp5/html/k100010.html new file mode 100644 index 0000000..fa62f58 --- /dev/null +++ b/Master/Reference Architectures and Patterns/hjp5/html/k100010.html @@ -0,0 +1,561 @@ + + + +Handbuch der Java-Programmierung, 5. Auflage + + + + + + + + + +
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1.2 Eigenschaften von Java

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1.2.1 Sprachmerkmale

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+Java wurde vollständig neu entworfen. Die Designer versuchten, +die Syntax der Sprachen C und C++ soweit wie möglich nachzuahmen, +verzichteten aber auf einen Großteil der komplexen und fehlerträchtigen +Merkmale beider Sprachen. Das Ergebnis ihrer Bemühungen haben +sie wie folgt zusammengefasst: + +

+»Java soll eine einfache, objektorientierte, verteilte, interpretierte, +robuste, sichere, architekturneutrale, portable, performante, nebenläufige, +dynamische Programmiersprache sein.« + +

+Der Erfolg von Java hängt eng damit zusammen, dass ein wesentlicher +Teil dieser Forderungen tatsächlich in einer für viele Programmierer +akzeptablen Weise erfüllt wurde - obgleich wir am Ende dieses +Kapitels auch einige kritische Anmerkungen dazu geben werden. + +

+Java ist sowohl eine objektorientierte Programmiersprache in der Tradition +von Smalltalk als auch eine klassische imperative Programmiersprache +nach dem Vorbild von C. Im Detail unterscheidet sich Java aber recht +deutlich von C++, das denselben Anspruch erhebt. Durch die Integration +einer großen Anzahl anspruchsvoller Features wie Multithreading, +strukturiertem Exceptionhandling oder eingebauten grafischen Fähigkeiten +implementiert Java eine Reihe interessanter Neuerungen auf dem Gebiet +der Programmiersprachen. + +

+Zudem profitiert Java davon, dass viele der Features von C++ nicht +realisiert wurden und die Sprache dadurch schlank und übersichtlich +wurde. So gibt es beispielsweise keine expliziten Pointer, +keine separaten Header-Dateien und keine Mehrfachvererbung +in Java. Wer allerdings glaubt, Java sei eine Programmiersprache, +die nur das Allernötigste bietet, irrt. Tatsächlich ist +Java eine elegante Sprache, die auch für größere Projekte +und anspruchsvolle Aufgaben alle erforderlichen Reserven besitzt. + +

+In Java gibt es die meisten elementaren Datentypen, die auch C besitzt. +Arrays und Strings sind als Objekte implementiert und sowohl im Compiler +als auch im Laufzeitsystem verankert. Methodenlose Strukturtypen wie +struct oder union +gibt es in Java nicht. Alle primitiven Datentypen sind vorzeichenbehaftet +und in ihrer Größe unabhängig von der Zielplattform +exakt spezifiziert. Java besitzt einen eingebauten logischen Datentyp +boolean. + +

+Java bietet semidynamische Arrays, deren initiale +Größe zur Laufzeit festgelegt werden kann. Arrays werden +als Objekte angesehen, die einige wohldefinierte Eigenschaften haben. +Mehrdimensionale Arrays werden wie in C dadurch realisiert, dass einfache +Arrays ineinandergeschachtelt werden. Dabei können auch nicht-rechteckige +Arrays erzeugt werden. Alle Array-Zugriffe werden zur Laufzeit auf +Einhaltung der Bereichsgrenzen geprüft. + +

+Die Ausdrücke in Java entsprechen weitgehend +denen von C und C++. Java besitzt eine if-Anweisung, +eine while-, +do- +und for-Schleife +und ein switch-Statement. +Es gibt die von C bekannten break- +und continue-Anweisungen +in normaler und gelabelter Form. Letztere ermöglicht es, mehr +als eine Schleifengrenze zu überspringen. Java besitzt kein goto-Statement +(obgleich es sich um ein reserviertes Wort handelt). Variablendeklarationen +werden wie in C++ als Anweisungen angesehen und können an beliebiger +Stelle innerhalb des Codes auftauchen. Seit der Version 1.4 besitzt +Java eine assert-Anweisung, +die zur Laufzeit an- und abgeschaltet werden kann. + +

+Als objektorientierte Programmiersprache +(OOP-Sprache) besitzt Java alle Eigenschaften +moderner objektorientierter Sprachen. Wie C++ erlaubt Java die Definition +von Klassen, aus denen Objekte erzeugt werden können. Objekte +werden dabei stets als Referenzdatentypen behandelt, die wie Variablen +angelegt und verwendet werden können. Zur Initialisierung gibt +es Konstruktoren, und es kann eine optionale Finalizer-Methode +definiert werden, die bei der Zerstörung des Objekt aufgerufen +wird. Seit der Version 1.1 gibt es lokale Klassen, die innerhalb einer +anderen Klasse definiert werden. + +

+Alle Methodenaufrufe in Java sind dynamisch. Methoden können +überladen werden, Operatoren allerdings nicht. Anders als in +C++ ist das Late-Binding standardmäßig aktiviert, kann +aber per Methode deaktiviert werden. Java erlaubt Einfach-, aber keine +Mehrfachvererbung von Implementierungen. Mit Hilfe von Interfaces +- das sind abstrakte Klassendefinitionen, die nur aus Methodensignaturen, +bzw. den Schnittstellen bestehen - ist eine restriktive Form der Mehrfachvererbung +möglich, die einen Kompromiss zwischen beiden Alternativen darstellt. +Java erlaubt die Definition abstrakter Basisklassen, die neben konkreten +auch abstrakte Methoden enthalten. + +

+Neben Instanzvariablen und -methoden können auch Klassenvariablen +und -methoden definiert werden. Alle Elemente einer Klassendefinition +können mit Hilfe der aus C++ bekannten Schlüsselwörter +public, +private +und protected +in ihrer Sichtbarkeit eingeschränkt werden. Es gibt zwar keine +friends, +aber die Sichtbarkeit von Methoden oder Klassen kann auf das eigene +Paket beschränkt werden. Objektvariablen werden als Referenzen +implementiert. Mit ihrer Hilfe ist eine gegenüber C/C++ eingeschränkte +Zeigerverarbeitung möglich, die das Erstellen dynamischer Datenstrukturen +ermöglicht. + +

+Das Speichermanagement in Java erfolgt automatisch. +Während das Erzeugen von Objekten (von wenigen Ausnahmen abgesehen) +immer einen expliziten Aufruf des new-Operators +erfordert, erfolgt die Rückgabe von nicht mehr benötigtem +Speicher automatisch. Ein Garbage-Collector , +der als niedrigpriorisierter Hintergrundprozess läuft, sucht +in regelmäßigen Abständen nach nicht mehr referenzierten +Objekten und gibt den durch sie belegten Speicher an das Laufzeitsystem +zurück. Viele der Fehler, die bei der Programmierung in C oder +C++ dadurch entstehen, dass der Entwickler selbst für das Speichermanagement +verantwortlich ist, können in Java damit nicht mehr auftreten. + +

+In Java gibt es eine strukturierte Ausnahmebehandlung (engl. Exceptionhandling). + Damit ist es möglich, Laufzeitfehler +zu erkennen und in strukturierter Weise zu behandeln. Eine Methode +muss jeden Laufzeitfehler, der während ihrer Abarbeitung auftreten +kann, entweder abfangen oder durch eine geeignete Deklaration an den +Aufrufer weitergeben. Dieser hat dann seinerseits die Pflicht, sich +um den Fehler zu kümmern. Exceptions sind normale Objekte, und +die zugehörigen Klassen können erweitert und als Grundlage +für anwendungsspezifische Fehler-Objekte verwendet werden. + + + + +

1.2.2 Applets: eine neue Klasse von Programmen +

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+Eine der am meisten gebrauchten Erklärungen für den überraschenden +Erfolg von Java ist die enge Verbindung der Sprache zum Internet und +zum World Wide Web. Mit Hilfe von Java ist es möglich, Programme +zu entwickeln, die über das Web verbreitet und innerhalb eines +Browsers wie Netscape Navigator, Mozilla Firefox, +SUN HotJava oder Microsoft Internet Explorer +ausgeführt werden können. Dazu wurde die Sprache HTML um +das APPLET-Tag erweitert. Sie bietet so die +Möglichkeit, kompilierten Java-Code in normale Webseiten einzubinden. + +

+Ein Java-fähiger Browser enthält einen Java-Interpreter +(die virtuelle Java-Maschine, auch kurz VM +genannt) und die Laufzeitbibliothek, die benötigt wird, um die +Ausführung des Programms zu unterstützen. Die genaue Beschreibung +der virtuellen Maschine ist Bestandteil der Java-Spezifikation, und +Java-VMs sind auf praktisch alle bedeutenden Betriebssystem-Plattformen +portiert worden. Ein Applet kann damit als eine neue Art von Binärprogramm +angesehen werden, das über verschiedene Hardware- und Betriebssystemplattformen +hinweg portabel ist und auf einfache Weise im Internet verteilt werden +kann. + +

+Im Gegensatz zu den eingeschränkten Möglichkeiten, die Script-Sprachen +wie JavaScript bieten, sind Applets vollständige +Java-Programme, die alle Merkmale der Sprache nutzen können. +Insbesondere besitzt ein Applet alle Eigenschaften eines grafischen +Ausgabefensters und kann zur Anzeige von Text, Grafik und Dialogelementen +verwendet werden. Einer der großen Vorteile von Applets gegenüber +herkömmlichen Programmen ist ihre einfache Verteilbarkeit. Anstelle +explizit auszuführender Installationsroutinen lädt der Classloader +des Browsers die Bestandteile eines Applets einfach aus dem Netz und +führt sie direkt aus. Das ist vor allem bei kleineren und mittelgroßen +Anwendungen in einer lokalen Netzwerkumgebung sehr hilfreich, insbesondere +wenn diese sich häufig ändern. +

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+Sicherheit war eines der wichtigsten Designziele +bei der Entwicklung von Java, und es gibt eine ganze Reihe von Sicherheitsmechanismen, +die verhindern sollen, dass Java-Applets während ihrer Ausführung +Schaden anrichten. So ist es einem Applet, das in einem Web-Browser +läuft, beispielsweise nicht erlaubt, Dateioperationen auf dem +lokalen Rechner durchzuführen oder externe Programme zu starten. + +

+Es soll allerdings nicht verschwiegen werden, dass die Applet-Euphorie +im Laufe der Zeit deutlich abgeklungen ist. Dies lag einerseits an +den Java-Implementierungen der Web-Browser, die mit den JDKs nicht +Schritt halten konnten. Zudem legten die Sicherheitsfeatures den Entwicklern +oft so große Beschränkungen auf, dass sie die Nützlichkeit +von Applets erheblich einschränkten. Der große Erfolg von +Java in der Post-1.1-Ära ist eher in der Entwicklung von Applikationen +als von Applets zu sehen. Mit der Veröffentlichung der WebStart-Technologie +während des JDK 1.3 wurden dann die Vorteile beider Technologien +wieder miteinander verbunden.

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 Hinweis 
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1.2.3 Grafikprogrammierung

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+Die Java-Laufzeitbibliothek bietet umfassende grafische Fähigkeiten. +Diese sind im wesentlichen plattformunabhängig und können +dazu verwendet werden, portable Programme mit GUI-Fähigkeiten +auszustatten. Seit der Version 1.2 des JDK werden diese Fähigkeiten +unter dem Begriff Java Foundation Classes +(kurz JFC) zusammengefasst, deren drei +wichtigste Komponenten die folgenden sind: +

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+Es ist eine bemerkenswerte Innovation, dass Elemente für die +GUI-Programmierung in einer Programmiersprache portabel zur +Verfügung gestellt werden. Zwar gab es im Prinzip auch früher +schon Programmiersprachen, die grafische Fähigkeiten hatten, +aber wer einmal die Aufgabe hatte, eine grafische Benutzeroberfläche +unter Windows, OS/2, UNIX und auf dem MAC zur Verfügung zu stellen, +hatte meistens dennoch erheblichen Portierungsaufwand. Mit den Standardmitteln +der Sprachen C oder C++ und ihren Laufzeitbibliotheken war dies jedenfalls +nicht möglich. Mit Java und ihren Klassenbibliotheken steht nun +erstmals eine einfach zu verwendende Sprache zur Verfügung, die +das Erstellen von GUI-Programmen bereits als Kernfunktionalität +bietet.

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 Hinweis 
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+Das AWT stellt eine Reihe von elementaren Operationen zur Verfügung, +um grafische Ausgabeelemente, wie Linien, Polygone, Kreise, Ellipsen, +Kreisabschnitte oder Rechtecke, zu erzeugen. Diese Methoden können +auch in einem Füllmodus verwendet werden, der dafür sorgt, +dass die gezeichneten Flächen mit Farbe ausgefüllt werden. +Wie in den meisten Grafik-Libraries realisiert auch Java die Bildschirmausgabe +mit Hilfe des Konzepts eines Grafikkontexts, der eine Abstraktion +des tatsächlichen Ausgabegerätes bildet. + +

+Neben grafischen Elementen kann natürlich auch Text ausgegeben +und an beliebiger Stelle innerhalb der Fenster platziert werden. Text +kann skaliert werden, und es ist möglich, mit unterschiedlichen +Fonts zu arbeiten. Das AWT bemüht sich, einen portablen Weg zur +Font-Auswahl anzubieten, indem eine Reihe von elementaren Schriftarten +auch über Plattformgrenzen hinweg angeboten werden. Mit Hilfe +von Font-Metriken können numerische Eigenschaften der verwendeten +Schriftarten bestimmt und bei der Ausgabe berücksichtigt werden. + +

+Das Farbmodell von Java basiert auf dem RGB-Modell, das seine Farben +additiv auf der Basis der enthaltenen Rot-, Grün- und Blauanteile +bestimmt. Daneben wird auch das HSB-Modell unterstützt (hue, +saturation, brightness), und es gibt Methoden zur Konvertierung +zwischen beiden. Das Farbsystem unterstützt eine Reihe von vordefinierten +Farben, die plattformübergreifend zur Verfügung stehen. + +

+Neben Grafik kann auch Sound ausgegeben werden. +Java unterstützt die Wiedergabe von au-Dateien +(ein von SUN eingeführtes Format zur Speicherung von digitalen +Sound-Samples) und seit der Version 1.2 auch wav- +und aiff-Dateien, +die entweder über das Internet oder aus einer lokalen Datei geladen +werden können. Die Samples können einmalig abgespielt oder +in einer Schleife wiederholt werden. Daneben ist es möglich, +zwei oder mehr Sound-Dateien gleichzeitig abzuspielen. Seit dem JDK +1.2 gibt es ein eigenes Sound-API, das neben Wave-Dateien +auch Midi-Dateien wiedergeben und bearbeiten +kann. + +

+Das AWT erlaubt die Anzeige und Manipulation von Bilddaten. Mit Hilfe +von Standardmethoden können Grafiken in elementaren Formaten +wie GIF oder JPEG geladen, skaliert und auf dem Bildschirm angezeigt +werden. Zusätzlich gibt es das Paket java.awt.image, +das für die Manipulation von Bilddaten entworfen wurde und ausgefeilte +Funktionen zur Bild- und Farbmanipulation zur Verfügung stellt. +

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+Wie in den meisten grafischen Entwicklungsumgebungen wird auch beim +AWT der Programmfluss durch Nachrichten (Events) gesteuert. Sie werden +beim Auftreten bestimmter Ereignisse an das Programm gesendet und +von diesem in geeigneter Weise behandelt. Java stellt Nachrichten +zur Bearbeitung von Maus-, Tastatur-, Fenster-, Dialog- und vielen +anderen Ereignissen zur Verfügung. Das Event-Handling seit dem +JDK 1.1 erlaubt es, Nachrichten an jedes beliebige Objekt zu senden, +das die Schnittstelle eines Nachrichtenempfängers implementiert.

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 Hinweis 
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+Die zweite grafische Oberfläche des JDK, das Swing-Toolkit, bietet +noch weitreichendere Fähigkeiten als das AWT. Dazu wurde eine +vollkommen neue Architektur entworfen, und es stehen viele zusätzliche +Dialogelemente, wie Tabellen, Trees oder Karteikarten, zur Verfügung. +Anstatt wie im AWT auf die Eigenschaften vorgefertigter GUI-Elemente +zu vertrauen, verwendet Swing lediglich einen sehr eingeschränkten +Satz an plattformspezifischen Grafikoperationen. Alle Dialogelemente +werden unter Verwendung einfacher und portabler Grafikprimitive selbst +dargestellt. Die Anzahl der Unterschiede zwischen den verschiedenen +Plattformen wird auf diese Weise drastisch reduziert, und die Swing-Dialogelemente +lassen sich wesentlich einfacher und konsistenter auf unterschiedliche +Grafiksysteme portieren. + + + + +

1.2.4 Umfangreiche Klassenbibliothek

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+Die Java-Klassenbibliothek bietet mit einer ganzen Reihe nützlicher +Klassen und Interfaces die Möglichkeit, sehr problemnah zu programmieren. +Einige dieser Features sind von Anfang an nützlich, andere erschließen +sich erst nach einer gewissen Einarbeitung. + +

+Neben grafischen Ausgabemöglichkeiten stellt Java auch einfache +Textausgaben zur Verfügung, ähnlich den entsprechenden Funktionen +in C oder C++. Damit ist es möglich, Programme mit einfachen, +zeilenorientierten Ein-/Ausgabemöglichkeiten auszustatten, wenn +keine aufwändige Benutzerschnittstelle benötigt wird. Einfache +Textausgaben werden mit den Methoden der Klasse +PrintStream +erzeugt. Diese erlauben es, alle gängigen Datentypen in ein Terminalfenster +auszugeben. Die Klassenvariable System.out +bietet einen vordefinierten PrintStream, +der vom Laufzeitsystem initialisiert wird. In ähnlicher Weise +steht mit System.in +die Möglichkeit zur Verfügung, einfache Texteingaben von +der Tastatur einzulesen. + +

+Eines der wichtigsten Elemente der Klassenbibliothek ist die Klasse +String, +die Java-Implementierung von Zeichenketten. +String +bietet eine Vielzahl wichtiger Methoden zur Manipulation und zum Zugriff +auf Zeichenketten, wie beispielsweise Operationen für numerische +Konvertierungen, Zeichen- und Teilstringextraktion sowie für +Textsuche und Stringvergleich. + +

+Interessanterweise kann sich ein String-Objekt nach seiner Initialisierung +nicht mehr verändern, sondern behält stets seinen ursprünglichen +Wert. Was zunächst wie eine schwerwiegende Restriktion aussieht, +ist in der Praxis meist bedeutungslos. Denn in Zusammenarbeit mit +der Klasse StringBuffer +(die variabel lange Strings repräsentiert) und der Fähigkeit +des Compilers, selbige automatisch bei der String-Initialisierung, +-Zuweisung und -Verkettung zu verwenden, bleibt diese Tatsache für +den Programmierer normalerweise verborgen. Dank des automatischen +Speichermanagements und der effizienten Konvertierung von StringBuffer +nach String +ähnelt der Umgang mit Strings aus der Sicht des Programmierers +dem mit variabel langen Zeichenketten in anderen Programmiersprachen. +Wegen des automatischen Speichermanagements sind Java-Strings sehr +viel sicherer als nullterminierte Strings in C oder C++. + +

+Ein Vector +in Java ist eine lineare Liste, die jede Art von Objekt aufnehmen +kann und auf deren Elemente sowohl sequenziell als auch wahlfrei zugegriffen +werden kann. Die Länge eines Vektors ist veränderlich, und +Elemente können am Ende oder an einer beliebigen anderen Stelle +eingefügt werden. Aufgrund dieser Flexibilität kann ein +Vector +oft da verwendet werden, wo ansonsten eine lineare Liste durch Verkettung +von Objektreferenzen manuell erstellt werden müsste. Wie gewöhnlich +erfolgt auch das Speichermanagement eines Vektors vollkommen automatisch. +Neben Vector +gibt es weitere Container-Klassen. So bietet beispielsweise HashMap +die Möglichkeit, Schlüssel-Wert-Paare zusammenhängend +zu speichern und bei gegebenem Schlüssel den zugehörigen +Wert effizient wieder aufzufinden. + +

+Ein nützlicher Mechanismus zum Durchlaufen von Container-Klassen +ist das Enumeration-Interface, +das die Methoden hasMoreElements() +und nextElement() +zur Verfügung stellt. Diese können verwendet werden, um +in einer Schleife alle Elemente des Containers sukzessive zu durchlaufen. +Alle vordefinierten Container-Klassen stellen Methoden zur Verfügung, +die Enumeration-Objekte zum Durchlaufen der eigenen Elemente zurückgeben. + +

+Seit dem JDK 1.2 gibt es in Java eine eigene Bibliothek für Container-Klassen, +das Collection-API. Sie stellt eine +umfassende Sammlung an Interfaces für Container-Klassen zur Verfügung +und bietet unterschiedliche Implementierungen für verschiedene +Anwendungsfälle. Die zuvor erwähnte Klasse Enumeration +wird hier durch das Interface Iterator +ersetzt, das einfacher zu bedienen ist. Das Collection-API stellt +daneben einige Algorithmen zur Verarbeitung von Containern zur Verfügung +(z.B. Sortieren), die es in den älteren Container-Klassen nicht +gab. + +

+Java stellt auch Zufallszahlen zur Verfügung. +Das Paket java.util +bietet eine Klasse Random, +die das Initialisieren von Zufallszahlengeneratoren und den Zugriff +auf ganzzahlige oder Fließkomma-Zufallszahlen ermöglicht. +Neben gleichverteilten stellt die Klasse Random +auch normalverteilte Zufallszahlen zur Verfügung. + +

+Seit dem JDK 1.1 werden darüber hinaus mit jedem Release weitere +hochspezialisierte (und teilweise sehr aufwändige) Bibliotheken +zur Verfügung gestellt. So bietet beispielsweise JDBC +(Java Database Connectivity) den Zugriff +auf relationale Datenbanken, JavaBeans +stellt eine portable Komponentenarchitektur zur Verfügung, und +mit dem Networking-API, RMI (Remote +Method Invocation) und der Java-eigenen +CORBA-Implementierung javaidl +kann unternehmensweit auf Netzwerkressourcen und verteilte Objekte +zugegriffen werden. Per Serialisierung +können Objekte persistent gemacht werden, und mit dem Reflection-API +kann der Aufbau von Objekten und Klassen zur Laufzeit untersucht und +dynamisch darauf zugegriffen werden. Wir werden in diesem Buch die +wichtigsten dieser Bibliotheken ausführlich erläutern. +

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