Trong lĩnh vực công nghệ đang không ngừng phát triển như hiện nay. Java xuất hiện và trở thành một trong các ngôn ngữ lập trình hàng đầu, thu hút nhiều sự quan tâm. Java không chỉ là một ngôn ngữ lập trình bậc cao. Nó còn là sự lựa chọn ưu tiên của đông đảo lập trình viên bên cạnh sự xuất hiện của nhiều ngôn ngữ mới. Để hiểu sâu hơn về Java là gì? Hãy cùng Dotnetguru khám phá chi tiết về Java qua bài viết sau.
Java là gì?
Java là một trong các ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng (OOP) và đa nền tảng. Nó được sử dụng rỗng rãi trong quá trình phát triển phần mềm, trang web, game hoặc mobile app.
Ngôn ngữ Java là lựa chọn phổ biến hàng đầu của những nhà phát triển trong hơn 2 thập niên. Hiện nay trên thị trường đã có hàng triệu ứng dụng Java đang được sử dụng.
Java là một ngôn ngữ lập trình nhanh, bảo mật, đáng tin cậy. Nó được sử dụng để viết mã cho các ứng dụng web và di động, phần mềm doanh nghiệp cùng những ứng dụng dữ liệu lớn và công nghệ máy chủ.
Đặc điểm của ngôn ngữ lập trình Java là gì?
Cùng tìm hiểu các đặc điểm của ngôn ngữ lập trình Java là gì qua một số nội dung sau đây. Đó là:
Hướng đối tượng, tương tự ngôn ngữ C++
Trong quá trình tạo ra một ngôn ngữ lập trình mới để phục vụ mục đích hoạt động đa nền tảng. Những kỹ sư tại công ty Sun MicroSystem muốn tạo ra một ngôn ngữ lập trình đơn giản, dễ học và quen thuộc với đa số dân lập trình. Vì vậy, họ đã tái sử dụng những cú pháp của ngôn ngữ lập trình C & C++.
Tuy nhiên, trong ngôn ngữ Java thao tác với con trỏ đa bị lược bỏ. Điều này nhằm đảm bảo sự an toàn và dễ sử dụng hơn. Các thao tác như overload, goto hay những cấu trúc như struct & union đều được loại bỏ khỏi ngôn ngữ Java.
Phần cứng và hệ điều hành độc lập
Một chương trình được viết bằng Java có thể hoạt động hiệu quả trong nhiều môi trường khác nhau. Khả năng đó gọi là “cross-platform”. Khả năng độc lập về phần cứng và hệ điều hành được biểu hiện qua hai cấp độ bao gồm cấp độ mã nguồn và cấp độ nhị phân.
- Cấp độ mã nguồn: Kiểu dữ liệu trong ngôn ngữ Java nhất quán với mọi hệ điều hành và phần cứng khác nhau. Ngôn ngữ Java sở hữu riêng một bộ thư viện nhằm để hỗ trợ cho vấn đề này. Chương trình viết bằng Java được biên dịch mà không gặp lỗi trên nhiều loại máy khác nhau.
- Cấp độ nhị phân: Một mã biên dịch có thể hoạt động đa nền tảng khác nhau. Đặc biệt chính là không cần phải dịch lại mã nguồn. Tuy nhiên, cần đến Java Virtual Machine để có thể thông dịch đoạn mã này.
Ngôn ngữ thông dịch
Ngôn ngữ lập trình sẽ thường được phân ra thành hai loại (tùy những hiện thực hóa ngôn ngữ đó) là ngôn ngữ biên dịch và ngôn ngữ thông dịch.
- Thông dịch (Interpreter) : Nó sẽ dịch và cho chạy từng lệnh nếu muốn chạy lại lần nữa thì phải dịch lại.
- Biên dịch (Compiler): Code đã biên dịch sẽ tạo ra một file thường là .exe. File này có thể mang đi sử dụng lại mà không cần biên dịch lần nữa.
Ngôn ngữ lập trình Java chính là ngôn ngữ thông dịch. Chính xác hơn, Java chính là loại ngôn ngữ lập trình vừa biên dịch vừa thông dịch.
Khi viết mã thì hệ thống tạo ra một tệp (.java). Khi biên dịch, mã nguồn của chương trình được biên dịch thành mã byte code. Máy ảo Java hay Java Virtual Machine sẽ thông dịch mã byte code đó thành machine code hay native code khi nhận yêu cầu chạy chương trình.
- Ưu điểm: Phương pháp này sẽ giúp các đoạn mã Java có thể hoạt động đa nền tảng khác nhau. Với điều kiện là máy ảo Java có hỗ trợ chạy trên các nền tảng này.
- Hạn chế: Tương tự các ngôn ngữ thông dịch khác, việc chạy những đoạn mã Java chậm hơn các ngôn ngữ biên dịch khác nhưng vẫn chấp nhận được.
>>> Xem thêm: HTML là gì? Tìm hiểu chi tiết ngôn ngữ HTML trong lập trình web
Cơ chế tự động thu gom rác
Khi tạo ra các đối tượng trong ngôn ngữ Java. JRE sẽ tự động cấp phát không gian bộ nhớ cho những đối tượng trên heap.
Với ngôn ngữ C hay C++, các bạn phải yêu cầu hủy vùng nhớ đã cấp phát tránh thất thoát vùng nhớ. Tuy nhiên, vì lý do nào đó, bạn không hủy một vài vùng nhớ dẫn đến thất thoát khiến hiệu năng chương trình bị giảm.
Ngôn ngữ Java sẽ giúp bạn điều đó, bạn không phải tự gọi hủy các vùng nhớ. Bộ thu dọn rác của ngôn ngữ lập trình Java sẽ theo các tài nguyên đã cấp. Nếu không có tham chiếu nào đến vùng nhớ thì bộ thu dọn rác sẽ thực hiện thu hồi vùng nhớ đã cấp phát.
Đa luồng
Ngôn ngữ lập trình Java hỗ trợ lập trình đa tiến trình (multithread) để có thể đồng thời thực hiện các công việc. Ngoài ra, cũng cung cấp những giải pháp đồng bộ giữa các tiến trình (giải pháp áp dụng priority…).
Khả năng an toàn và bảo mật
Tính an toàn
- Ngôn ngữ Java yêu cầu kiểu dữ liệu chặt chẽ.
- Dữ liệu cần được khai báo tường minh.
- Không dùng con trỏ cũng như những phép toán với con trỏ.
- Thực hiện quá trình cấp phát và giải phóng bộ nhớ tự động.
- Cơ chế xử lý lỗi hỗ trợ xử lý và phục hồi các lỗi dễ dàng hơn.
- Kiểm soát chặt chẽ quá trình truy nhập đến mảng và chuỗi, không được sử dụng kỹ thuật tràn.
Tính bảo mật
Ngôn ngữ lập trình Java cung cấp một môi trường quản lý chương trình cùng nhiều mức khác nhau. Đó là:
- Mức 1 : Chỉ truy xuất dữ liệu và phương phức thông qua giao diện do lớp cung cấp.
- Mức 2 : Trình biên dịch kiểm soát những đoạn mã tuân thủ các quy tắc của ngôn ngữ Java trước khi thông dịch.
- Mức 3 : Trình thông dịch kiểm tra mã byte code để xem có đảm bảo quy định và quy tắc trước khi thực thi hay không.
- Mức 4: Java kiểm soát quá trình nạp các lớp vào bộ nhớ nhằm giám sát vi phạm giới hạn truy xuất trước khi nạp.
Công dụng của ngôn ngữ lập trình Java là gì?
Vì Java là một ngôn ngữ lập trình miễn phí và linh hoạt. Nó có thể được sử dụng để phát triển những phần mềm cục bộ và phân tán. Vậy công dụng phổ biến của Java là gì? Đó là:
Phát triển game
Nhiều trò chơi điện tử, game PC và game mobile nổi tiếng hiện nay đều được phát triển bằng ngôn ngữ Java. Ngay cả các game hiện đại được tích hợp công nghệ tiên tiến như máy học hay thực tế ảo VR cũng đều được phát triển bằng công nghệ Java.
Cơ sở dữ liệu khổng lồ
Ngôn ngữ lập trình Java được sử dụng cho những công cụ xử lý dữ liệu có thể làm việc cùng các tập dữ liệu phức tạp cũng như số lượng dữ liệu thời gian thực khổng lồ.
Điện toán đám mây
Ngôn ngữ lập trình Java còn được gọi là ngôn ngữ WORA (Viết một lần, chạy mọi nơi). Khiến Java trở thành ngôn ngữ lập trình lý tưởng dành cho các ứng dụng phi tập trung dựa trên đám mây. Những nhà cung cấp đám mây lựa chọn Java để có thể chạy các chương trình đa nền tảng cơ sở khác nhau.
Trí tuệ nhân tạo (AI)
Ngôn ngữ lập trình Java là một trung tâm thư viện máy học vô cùng đồ sộ. Sự ổn định và tốc độ của Java vô cùng lý tưởng cho quá trình phát triển ứng dụng trí tuệ nhân tạo AI như xử lý ngôn ngữ tự nhiên, học sâu.
>>> Xem thêm: 5 Ngôn ngữ lập trình AI cho người mới bắt đầu tốt nhất 2023
Internet vạn vật (IOT)
Ngôn ngữ lập trình Java đã được sử dụng trong việc lập trình những cảm biến và phần cứng trong thiết bị biên được kết nối với Internet một cách độc lập.
Tại sao Java trở thành lựa chọn phổ biến của các lập trình viên phần mềm?
Ngôn ngữ lập trình Java rất phổ biến vì nó được thiết kế để có thể sử dụng dễ dàng. Một số lý do khác mà các nhà phát triển tiếp tục lựa chọn ngôn ngữ Java thay vì các ngôn ngữ lập trình khác như:
Tài liệu học tập chất lượng cao
Ngôn ngữ lập trình Java ra mắt đã lâu nên tài nguyên học tập đa dạng và phong phú. Tài liệu chi tiết, các cuốn sách toàn diện cùng các khóa học sẽ hữu ích cho lập trình viên mới trong quá trình học hỏi. Ngoài ra, người mới bắt đầu cũng có thể viết mã bằng ngôn ngữ Java Cơ bản trước khi chuyển sang Java Nâng cao.
Chức năng và thư viện có sẵn
Khi sử dụng ngôn ngữ Java, các lập trình viên không cần phải viết toàn bộ chức năng mới từ đầu. Thay vào đó, ngôn ngữ lập trình Java cung cấp một hệ sinh thái vô cùng phong phú với các chức năng và thư viện có sẵn giúp phát triển hàng loạt ứng dụng đa dạng.
Sự hỗ trợ tích cực từ cộng đồng
Ngôn ngữ lập trình Java có rất đôgn người dùng hoạt động cùng với một cộng đồng lớn mạnh. Điều này hỗ trợ các nhà phát triển khi họ phải đối mặt với nhiều thách thức trong quá trình viết mã. Phần mềm của nền tảng Java luôn được duy trì và cập nhật thường xuyên.
Công cụ hỗ trợ chất lượng cao
Ngôn ngữ Java cung cấp rất nhiều công cụ khác nhau hỗ trợ lập trình viên tự động chỉnh sửa, gỡ lỗi, thử nghiệm, triển khai và quản lý thay đổi. Các công cụ này sẽ khiến cho việc lập trình Java được tiết kiệm thời gian và chi phí.
Độc lập với đa nền tảng
Mã Java có thể hoạt động đa nền tảng cơ sở mà không cần viết lại như Windows, Linux, iOS & Android… Đây là lý do khiến ngôn ngữ lập trình này trở nên đặc biệt mạnh mẽ trong môi trường hiện nay khi các lập trình viên muốn chạy ứng dụng trên nhiều thiết bị.
Tính bảo mật tuyệt vời
Người sử dụng có thể tải xuống mã Java không tin cậy từ internet và khởi chạy trong môi trường bảo mật để nó không thể gây ra thiệt hại. Mã không tin cậy sẽ không thể nào lây nhiễm các vi-rút cho hệ thống máy chủ và không thể đọc hoặc ghi tệp ổ cứng. Lập trình viên còn có thể cấu hình nhiều cấp độ cũng như hạn chế bảo mật trong Java.
Cách hoạt động của ngôn ngữ Java
Mọi ngôn ngữ lập trình đều chính là một phương thức để giao tiếp với máy. Phần cứng chỉ phản hồi các thông tin giao tiếp điện tử. Các ngôn ngữ lập trình bậc cao như Java đóng vai trò chính là một cầu nối giữa ngôn ngữ phần cứng và ngôn ngữ côn người. Để sử dụng ngôn ngữ lập trình Java, lập trình cần hiểu được hai điều:
- Ngôn ngữ và API Java: hoạt động giao tiếp front-end giữa các lập trình viên và nền tảng Java.
- Máy ảo Java (JVM): hoạt động giao tiếp back-end giữa nền tảng Java và phần cứng cơ sở.
API Java là gì?
Java xác định những cú pháp và ngữ nghĩa của ngôn ngữ Java. Bao gồm từ vựng và quy tắc cơ bản được dùng trong quá trình viết thuật toán. Nó tương tự kiểu dữ liệu nguyên thủy, khối if/else hoặc vòng lặp,…
API là một số thành phần phần mềm rất quan trọng đi kèm cùng với nền tảng Java. Đây là các chương trình Java được viết sẵn để khi “cắm vào là chạy” các chức năng hiện tại trong mã của bạn. Ví dụ: Bạn dùng API Java để có thể nhận ngày và giờ, thực hiện những phép toán hoặc điều chỉnh các văn bản.
Mọi mã ứng dụng Java đều do các lập trình viên viết ra thường được kết hợp cả mã mới lẫn mã cũ từ API và thư viện Java.
>>> Xem thêm: Top 10 Phần mềm thiết kế giao diện app Android, IOS tốt nhất hiện nay
Máy ảo Java là gì?
Máy ảo Java đóng vai trò như một lớp trừu tượng để bổ sung cho nền tảng Java và phần cứng cơ sở. Mã nguồn Java chỉ hoạt động trên những máy đã cài đặt JVM. Câu trả lời cho câu hỏi vì sao phải cần đến Máy ảo Java JVM nằm trong lịch sử lập trình.
Lịch sử lập trình
Khi các ngôn ngữ lập trình tự nhiên đầu tiên được xây dựng và phát triển. Chúng được chia thành hai loại chính tùy thuộc vào cách mà các ngôn ngữ này giao tiếp với phần cứng cơ sở.
- Bộ biên dịch: là một chương trình hoàn thiện được viết bởi cú pháp giống tiếng Anh tự nhiên bằng những bộ biên dịch. Sau đó ngôn ngữ sẽ dịch toàn bộ mã thành mã máy và sẽ chạy trên phần cứng.
- Bộ diễn giải: Đối với những bộ diễn giải, mọi câu lệnh mã cấp cao được diễn giải thành mã máy trong lúc phần cứng đang hoạt động. Phần cứng sẽ hoạt động ngay khi các câu lệnh được viết trước lúc xem xét câu lệnh tiếp theo.
Môi trường thời gian chạy Java (JRE)
Công nghệ Java là ngôn ngữ lập trình đầu tiên kết hợp hai phương pháp ở trên chỉ với một máy ảo Java (JVM). Bộ biên dịch mã Java sẽ được gọi là JVM hay máy ảo Java.
Đầu tiên, tất cả các tệp Java sẽ được biên dịch thành bytecode chỉ hoạt động trong JVM. Máy ảo Java sau đó sẽ diễn giải bytecode để chạy trên nền tảng phần cứng cơ sở.
Như vậy, nếu ứng dụng đang hoạt động trên một máy Windows thì máy ảo Java sẽ diễn giải ứng dụng đó cho Windows. Tuy nhiên, nếu ứng dụng hoạt động trên nền tảng mã nguồn mở như Linux thì máy ảo Java sẽ diễn giải nó cho Linux.
>>> Xem thêm: MVC là gì? Tổng quan mô hình MVC trong lập trình
Cách lập trình bằng các phiên bản Java
Để bắt đầu lập trình bằng Java, bạn cần phải cài đặt một Phiên bản Java trên hệ thống của mình. Có 4 phiên bản Java chính:
Java phiên bản tiêu chuẩn – Java Standard Edition (Java SE): là nền tảng cơ bản để phát triển giao diện điều khiển, ứng dụng mạng hoặc ứng dụng dạng Win Form.
Java phiên bản doanh nghiệp – Java Enterprise Edition (Java EE): được phát triển dựa trên nền tảng Java SE để giúp phát triển ứng dụng web, ứng dụng cấp doanh nghiệp,…
Java phiên bản vi mô – Java Mobile Edition (Java ME): là nền tảng cho phép xây dựng và phát triển những ứng dụng nhúng vào thiết bị điện tử như mobile,…
Sự khác biệt giữa ngôn ngữ C++ và Java là gì?
Java là ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng (OOP) dựa trên ngôn ngữ C, C++, tuy nhiên C++ và Java vẫn có nhiều điểm khác nhau. Vậy sự khác biệt giữa ngôn ngữ C++ và Java là gì? Đó là:
- C++ nạp chồng toán tử còn Java thì không.
- C++ cung cấp những lớp mẫu còn Java thì không.
- C++ hỗ trợ con trỏ rất rõ ràng còn Java thì không.
- Java không hỗ trợ biến toàn cục như C++.
- Java dùng hàm finalize () còn C++ dùng hàm hủy.
- Java không có tệp tiêu đề giống như C++.
- Java không hỗ trợ cấu trúc và liên hiệp như C++.
- Java không hỗ trợ từ khóa “ảo” giống như C++.
- Java hỗ trợ tương tự thông qua giao diện còn C++ hỗ trợ kế thừa thông qua lớp.
>>> Xem thêm: Full Stack Developer là gì? Kỹ năng cần thiết cho một Full Stack?
Có thể thấy, ngôn ngữ lập trình Java không chỉ đem lại nhiều lợi ích thiết thực. Hy vọng qua bài viết này đã giúp cho các bạn có thể hiểu hơn về Java là gì? Nếu bạn đang muốn học lập trình Java hãy lưu lại bài viết của Dotnetguru, chắc chắn sẽ có ích. Chúc các bạn thành công!