Java. Programmierung mit. > Eine Einführung in eine Objektorientierte Sprache. Mark Egloff

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1 > Eine Einführung in eine Objektorientierte Sprache Mark Egloff

2 Lernziele des Gesamten Kurs > Sie kennen die Grundlagen der Objektorientierten Programmierung. Sie erstellen einfache JAVA Programme mit GUI, Applets und Konsolenapplikationen. > Sie wissen welche verschiedenen Gebiete durch das 2 SE API abgedeckt werden und können die behandelten Technologien wirksam einsetzen. Mark Egloff

3 Lernziele Heute > Einblick in die Technologie > Vorteile, Nachteile aufzeigen. > Konzept und Arbeitsweise verstehen. > 1. eigenes Programm erstellen. Mark Egloff

4 Ablauf Heute - Themen > Vorstellung > Überblick Modul Programmierung mit > Was ist? > Einsatzbereiche von > Eigenschaften von, Vorteile und Nachteile > Konzept und Arbeitsweise von Mark Egloff

5 Vorstellung Hallo, ich bin der << Mark (Egloff) >> > > Gelernter Elektroniker, studierter HTL Elektroingenieur, zertifizierter Sun Enterprise Architekt und OpenSource Web-Freak (JSP, PHP, script, HTML, XML ) > Arbeite als Business Analyst und Consultant in IT- Grossprojekten > Erfahrung mit seit 1998 > Unterrichte an der TSU seit 2001 > Andere Kurse XML mit OpenSource Mark Egloff

6 Überblick Modul Programmierung mit Technologie Daten typen Prozed. Progr. OOP1: Klassen Objekte OOP2: Packg. Instanzen OOP3: Sichtb. Interfaces UML Prüfung 1 Collections 1 Collections 2 Excpetions Prüfung 2 GUI1: AWT Applets GUI2: SWING Threads Serialisierung Modul prüfung Mark Egloff

7 Überblick Modul - Voraussetzungen / Erwartungen > Wenn möglich Erfahrung mit einer Prozeduralen Programmiersprache (VB,C,Delphi,PHP,Perl,Script ) > Notebook (min. 1GHz, 512MB RAM, Windows 2000 oder XP, Linux) > Bereitschaft ca. 2-4h pro Woche zusätzlich > Wenn etwas unklar ist bitte Fragen. > Fragen, Fragen, Fragen > Unterlagen ordnen, Indexieren, Eigene Zusammenfassungen, Eigene Notizen > Jederzeit oder Telefon 24h Service > tel Mark Egloff

8 Überblick Modul - Empfohlene Literatur > ist auch eine Insel ( Grundlagen) Galileo Computing, ISBN > in a Nutshell ( Sprach Referenz) O Reilly, english ISBN , deutsch ISBN x > Foundation Classes ( GUI, AWT, Swing Referenz) O Reilly, english ISBN > Objektorientierte Softwareentwicklung (UML und OOP) Bernd Oestereich, Oldenburg, ISBN > Entwurfsmuster (Designpatterns) (OOP) Erich Gamma, Addison Wesley, ISBN Mark Egloff

9 Überblick Modul - Links > SUN java.sun.com > API java.sun.com/j2se/1.4.2/docs/api/ > ist auch eine Insel (ebook, Einstiegs Ressourcen) > Jakarta Projects (OpenSourceKits) jakarta.apache.org > Netbeans (free IDE, Development Tools) > Eclipse (free IDE, Development Tools) > OOSE (UML und OOP) Mark Egloff

10 Übersicht Technology > Was ist? Mark Egloff

11 Übersicht Technology > Was ist? ist. > eine plattformunabhängige OO Programmiersprache ursprünglich von der Firma Sun Microsystems, entwickelt wurde. > sowie natürlich die Hauptinsel Indonesiens, als auch eine kleine Insel im Pazifik, deren Hauptexportprodukt Kaffee ist > und damit der umgangssprachliche Ausdruck für Kaffee in den USA. Mark Egloff

12 Übersicht Technology > Was kann man mit machen? ALLES!!! > Animationen, Laufbänder, Chats auf Web-Seiten, Animacons, Taschenrechner, Spiele, Verschlüsselungs-programme, interaktive Web-Seiten, Musik, Text-verarbeitungen, kleine Internet-Applets, riesige Programmpakete, Bildverarbeitungsprogramme, neuartige Benutzeroberflächen, Übersetzungsprogramme, Bestellsysteme, Lernanwendungen, Uhren, Tabellenkalkulationen, Rechtschreibprüfungsprogramme, usw. usw. Mark Egloff

13 Übersicht Technology > Was NICHT kann Kaffee kochen ;-) > Jede Technology hat seine Vor und Nachteile, wie werden diese gleich kennen lernen (ein paar Folien weiter hinten ) Mark Egloff

14 Übersicht Technology - Einsatzbereiche > Standalone Applikationen (Workstation) Spiele, Tools, Algorithmen, grafische Anwendungen > Verteilte Systeme (Client / Server) TCP/IP, Webanwendungen, Integration, Services > Applikations-Server (Enterprise Applications) Content Mgmt, Workflow, CRM, Rule Engines > Portable Systeme PDA, Handy, MP3 Player, Camcorder > Embedded Systems Haushaltgeräte, Multimedia, Automaten, Industrie Mark Egloff

15 Übersicht Technology - Geschichte > 1982 SUN Microsystems > 1990 Geheimes Projekt Green > 1991 Programmiersprache Oak > 1992 *7 - Star Seven (portabler Minicomputer) Firmengründung First Person > 1996 Oak Firmengründung Soft (www.javasoft.com) JDK 1.0 & Hot Browser > 1997 Workshop / 1. verteilte Applikationen mit Applets JDK 1.1 ( AWT) > 1998 JDK 1.2 (Swing, Servlets) JCP ( Community Process) > 1999 J2SE (JDK 1.3) und J2EE 1.0 > 2001 JDK 1.4 beta und J2EE 2.0 > 2004 JDK 1.5 Mark Egloff

16 Übersicht Technology - Einsatzbereiche Im Modul Mark Egloff

17 Übersicht Technology - 2 Plattform Übersicht J2EE J2SE Im Modul Mark Egloff

18 Übersicht Technology - 2 Plattform, Standard Edition (J2SE) Im Modul Mark Egloff

19 Übersicht Technology - Enterprise Edition (J2EE) Beispiel einer verteilten Basis-Architektur für Businesslösungen J2SE Im Modul Mark Egloff

20 Übersicht Technology - Enterprise Edition (J2EE) SoftwareEngineering Prozess mit Enterprise Edition Mark Egloff

21 Merkmale von (1/2) > Architekturneutral / Plattformunabhängig Interpreter gibt es fast für jede Plattform. Natürlich wird nicht immer alles unterstützt > einfach erlernbare Sprache Der Syntax von ist einfach gehalten, strenge Regeln & Typisierung, > Modern Die Sprache lebt wird ständig erneuert. Community Process (JCP) > Objektorientiert streng Objektorientierung, erlaubt strengere Strukturierung der Programme > Dezentral (verteilte Systeme) Die Grundversion von bietet schon alles für Netzwerk/Web-Anwendungen > Robust & Sicher Appl. laufen in Containers, API für Security wie User, Rollen, Rechte Mark Egloff

22 Merkmale von (2/2) > "multithread"-fähig Innerhalb seines Containers kann parallele Tätigkeiten (Thread) ausführen und verwalten. Synchronisation zwischen den Tätigkeiten > Dynamisch Statische Typenbindung, aber späte Methodenbindung, lädt zur Laufzeit Klassen / Libraries nach und kann diese zur Laufzeit auch austauschen > Automatische Speicherverwaltung (Garbage Collector) reserviert und gibt Speicher automatisch frei > Klein Embedded Systems ab ca. 4MB > grosse umfangreiche Klassenbibliothek (API) > Nahtlos Integrierbar mit anderen Technologien (DCOM, C++, C#, CORBA, XML, Webservices ) > frei verfügbar Mark Egloff

23 Sprach Unterschiede zu C++ > Kein Präprozessor > Keine überladenen Operatoren > Automatische Speicherverwaltung > Speicher kann nicht explizit freigegeben werden > Templates (ist aber nun in 1.5 enthalten) > Kennt nur Referenzen, keine Zeiger > Übergabe von Objekten by Reference > Manipulation von Adressen nicht möglich > Strengere Typenprüfung, wildes Casting nicht möglich > Security Model Mark Egloff

24 Generelle Unterschiede zu MS.NET Element: (J2EE): Microsoft.NET: Entwicklungs- Prozess Standard Community Process Microsoft Product Hersteller 30+ Microsoft Compiled Code ByteCode MS IL Interpreter JRE (JVM) CLR Dynamische WebPages Components DB Access Security JSP, Servlets Enterprise Beans JDBC,SQL/J, JDO, Hibernate EJB 3.0 Integriert Who & Code Trust ASP.NET.NET Managed Components ADO.NET Integriert Centralized.Net Password Mark Egloff

25 Konzept von > Wie funktioniert? Mark Egloff

26 Konzept von - Traditionelle SW Erstellung (1/3) 1) Quellcode 2) MaschinenCode 3) Prog.exe prog.cc GNU CC prog.oo GNU Link Compiler Linker LIBs LIBs Libraries / Config Libraries / Config Plattform A (z.b. Windows XP SP2) Mark Egloff

27 Konzept von - Erstellung eines Programms 1) Mit einer Programmiersprache wird Quellcode erstellt. 2) Compiler übersetzt Quellcode in Maschinencode (binär und architekturabhängig). Dabei werden plattformabhängige Ressourcen verwendet Traditionelle SW Erstellung (2/3) 3) Der Linker bindet diesen mit den Ressourcen des Betriebssystems zusammen und erstellt ein ausführbares Programm. (binär und architekturabhängig). Das so erstellte Programm ist nur für eine bestimmte Plattform brauchbar Mark Egloff

28 Konzept von - Traditionelle SW Erstellung (3/3) prog.cc Compiler A Linker A Plattform A Windows XP SP2 prog.cc Compiler B Linker B Plattform B Windows NT Server 4 prog.cc Compiler C Linker C Plattform C Linux SuSE 10 Für jede Plattform müssen bestimmte Compiler und Linker etc. verwendet werden Mark Egloff

29 Konzept von - ByteCode & Interpreter (1/3) 1) Quellcode 2) prog.java javac ByteCode prog.class 3) java Compiler Interpreter LIBs LIBs JRE Plattform A z.b. Windows XP SP2) JRE Plattform B z.b. Linux SuSE 10 Mark Egloff

30 Konzept von - ByteCode & Interpreter (2/3) Erstellung eines Programms 1) Mit Programmiersprache wird Quellcode erstellt. 2) Compiler übersetzt Quellcode in einen Zwischencode (binär und plattformunabhängig). 3) Der Interpreter ( Virtual Machine - JVM) führt den Zwischencode auf der jeweiligen Plattform aus. (Der Interpreter selber ist wieder plattformabhängig) Der Bytecode kann auf jeder Plattform mit dem spezifischen Interpreter ausgeführt werden Mark Egloff

31 Konzept von - ByteCode & Interpreter (3/3) > Compiler Plattform abhängig javac Plattform A > ByteCode Plattform unabhängig prog.class > Interpreter Plattform abhängig java java java Plattform A Plattform B Plattform C Mark Egloff

32 Konzept von Vorteile / Nachteile (1/5) Vorteil: Plattformunabhängigkeit > write once, run everywhere > Konfiguration und Deployment wird wesentlich vereinfacht > Einfaches Release Management Nachteil: Geschwindigkeitsverlust, Ressourcenverbrauch > Der Bytecode wird vom Interpreter zur Laufzeit im Memory zu einem Programm umgewandelt langsamer > Interpreter sind komplex und extrem speicherhungrig Not macht erfinderisch, was wird dagegen unternommen? Mark Egloff

33 Konzept von Vorteile / Nachteile (2/5) Abhilfen: > Just in Time Compiler (JIT) JIT Compiler übersetzt nur den Code der gerade gebraucht wird. Geschwindigkeit steigt dadurch um Faktor 3-5. Der JIT ist heute schon im Standard Interpreter integriert ( Hotspot ) > Native Implementationen Gewisse Teile werden direkt in einer plattformabhängigen Sprache geschrieben z.b. C++ Eclipse / Netbeans setzen für das GUI eine C++ Version des Swings ein (SWT/GCJ) ww.eclipse.org/swt/ plattformunabhängigkeit??? Mark Egloff

34 Konzept von Vorteile / Nachteile (3/5) C++ vs. Performance (bigger is better): Der Interpreter wurde extrem ge-tunet, bei gewissen Algorithmen hat die Nase vorn Mark Egloff

35 Konzept von Vorteile / Nachteile (4/5) C# vs. Performance (bigger is better): C# October Mark Egloff

36 Konzept von Vorteile / Nachteile (5/5) > Wofür ist nun nicht geeignet? wenn plattformspezifische Eigenschaften benötigt werden > Wenn Echtzeit gefragt ist muss dies unterstützt werden > Anzahl freier Bytes im Dateisystem, Laufwerkstyp erkennen, CD auswerfen, Datei Verknüpfungen folgen > Windows Desktop z.b. Applikationen mit einem Tray Icon ausstatten > Zugriff auf Hardware Schnittstellen z.b. USB oder Firewire wenn Speicherverwaltung ein Problem darstellt > Speicherverbrauch lässt sich in nicht 100%ig kontrollieren > ist speicherhungrig Mark Egloff

37 Konzept von Die Virtual Machine Aufgabe der JVM > Interpretation & Ausführung > Dynamisches Laden > Sicherheitsprüfungen JVM java interpreter Betriebssystem Hardware Mark Egloff

38 Konzept von Die Virtual Machine Dynamisches Laden Applet WWW-Browser 3 Client A Library der JVM 1 2 Internet Datei MyApplet.class Datei Bluber.class HTTP- Server Server 1) Der ByteCode für das Applet wird geladen und es wird gestartet. 2) Werden weitere Applikationsklassen gebraucht, so werden die vom Client über das Netz zur Laufzeit nachgeladen. 3) Werden Library Klassen benötigt, so werden diese von der lokalen Maschine geladen. Mark Egloff

39 Konzept von Die Virtual Machine Sicherheitskonzept besitzt ein 4 stufiges Sicherheitskonzept > Unterste Ebene: die Programmiersprache selbst, durch Ausschluss von Zeigern und strenger Typenprüfung. > Zweite Ebene: Der geladene ByteCode wird überprüft. Schutz vor manipuliertem ByteCode. > Dritte Ebene: Der Class - Loader überprüft die Zugriffsrechte innerhalb des programms > Vierte Ebene: Überwachungen zur Laufzeit Mark Egloff

40 Das Development Kit (JDK) > Wie verwende ich? Mark Egloff

41 Das Development Kit (JDK) JDK = Development Kit (JSDK = Software Development Kit) > frei verfügbar > Bezugsquelle: > Das JDK ist in der JSE ( Standard Edition) enthalten. > Aktuell ist JDK 1.5 Mark Egloff

42 Das Development Kit (JDK) Übersicht JDK (ab v1.3) > Konsolenapplikationen > Applets & GUI (AWT, Swing) > Netzwerk, TCP/IP (Sockets) > Komprimierung & Dynamisches Laden (Archive) > Laufzeit Untersuchungen (Reflection) > Sicherheit & Verschlüsselung (Security) > Datenbankanbindung (JDBC via ODBC, SQL) > Anbindung für Verteilte Systeme (Beans, RMI, IDL, Corba) Mark Egloff

43 Das Development Kit (JDK) Übersicht JDK 1.4 Ordner: bin jre lib demo include Include-old docs src.jar/.zip Inhalt: Development Tools Runtime Environment Additional Libraries Demo Applets and Applications C header Files Old Native Interface Headers Documentation Source Code Packages Mark Egloff

44 Übungen Heute > Installation JDK 1.4 > Kennen lernen des JDK 1.4, Demos > CSV XML HTML Transformation > Hello World > Quadrat.java > Ein & Ausgabe Mark Egloff

45 Aufbau eines Programmes Beispiel einer Hello World Applikation: public class HalloWelt Klasse { public static void main (String[] args) Methode { System.out.println("Hallo Welt"); Ausgabe } } Mark Egloff

46 Aufbau eines Programms Dateinamen und Klassennamen: public class HalloWelt Klasse { }... HalloWelt.java Die erste Klasse muss mit dem Namen der Datei übereinstimmen (CaseSensitive!) Mark Egloff

47 Aufbau eines Programms Die main Methode: public class HalloWelt { public static void main (String[] args) Methode } { }... Der Syntax und Name der Hauptmethode main ist fest vorgeschrieben Nur so ist gewährleistet, dass diese Methode beim Start automatisch vom System gefunden wird. Mark Egloff

48 Aufbau eines Programms Syntax der main Methode: Element: Kategorie: Bedeutung: public Zugriffsschutz Kann von überall aufgerufen werden static Klassenmethode Methode wird nicht an ein Objekt / Instanz gebunden Globale Methode void Rückgabetyp Die Methode liefert keinen Rückgabewert. main Methodenname Der Name main bewirkt, dass diese Methode nach dem Programmstart aufgerufen wird. String[] args Übergabeparameter In diesem Parameter bekommt die Methode alle ev. eingegebenen Comandline Parameter Mark Egloff

49 Aufbau eines Programms Ausgabe der Hello World Applikation: public class HalloWelt { public static void main (String[] args) { System.out.println("Hallo Welt"); } } Klasse als Namespace statisches Objekt Methode Übergabeparameter Es wird von einem static (= globalen ) Objekt System.out eine Methode println() aufgerufen, System.out ist die Standardausgabe des Prozesses Mark Egloff

50 Compilieren des Programms Aufruf des Compilers: Syntax: javac [FileName] Für die Compilierung wird das Programm javac.exe benötigt. Als Parameter Filenamen (mit Endung) eingeben.bei Windows muss der Aufruf nicht CaseSensitive sein Mark Egloff

51 Compilieren des Programms Datei HalloWelt.java public class HalloWelt class MyClass javac Datei HalloWelt.class Datei MyClass.class Für Jede Klasse erzeugt der Compiler ein eigenes *.class File. Mark Egloff

52 Ausführen des Programms Aufruf des Interpreters: Syntax: java [ClassName] Für die Ausführung wird das Programm java.exe benötigt. Klassennamen (CaseSensitive!) als Parameter angeben (ohne *.class!) Mark Egloff

53 Compilieren des Programms Häufige Beginnerfehler beim Kompilieren: > Befehl javac nicht gefunden, PATH nicht gesetzt D:\> javac hallowelt.java Der Befehl "javac" ist entweder falsch geschrieben oder konnte nicht gefunden werden. > Dateiendung ist nicht *.java D:\> javac hallowelt.txt hallowelt.txt is an invalid option or argument. > Dateinamen ungleich Klassennamen: D:\> javac hallowelt_übung1.java class HalloWelt is public, should be declared in a file named HalloWelt.java Mark Egloff

54 Ausführen des Programms Häufige Beginnerfehler beim Ausführen: > Dateiname anstelle Klassennamen D:\> java HalloWelt.class Exception in thread "main" java.lang.noclassdeffounderror: helloworld/class > main Methode hat falscher Syntax oder fehlt Exception in thread "main" java.lang.nosuchmethoderror: main > CLASSPATH Variable existiert, aber kein. D:\> java HalloWelt Exception in thread "main" java.lang.noclassdeffounderror: HalloWelt D:\>echo %CLASSPATH% aaaa.jar;bbbb.jar;cccc.jar;dir1;dddd.jar;dir2 Mark Egloff

55 Konzept von > Was ist der CLASSPATH? Mark Egloff

56 Der CLASSPATH Standardmässig kennt nur Klassen aus dem JRE ( Runtime Environment) z.b. C:\jdk1.5.0_06\jre\lib\rt.jar Bei der Kompilierung oder Ausführung eines Programms werden alle anderen Klassen nach einer bestimmten Vorgehensweise gesucht. Dabei wird der so genannte CLASSPATH verwendet. 1. Suche in rt.jar (Bootstrap classes) 2. Suche in jre\lib\ext (Extension classes) 3. Suche in CLASSPATH (own/third parties) Mark Egloff

57 Der CLASSPATH Wird eine Klasse nicht gefunden so wird eine entsprechende Exception (Fehler) ausgelöst z.b. D:\uebung1>java HelloWorld Exception in thread "main" java.lang.noclassdeffounderror: HelloWorld Mark Egloff

58 Der CLASSPATH Der CLASSPATH ist eine Pfadangabe (Textzeile) und besteht aus Angaben von Libraries (*.jar) oder Verzeichnissen. Durch ; getrennt. Bei der Suche wird jeder Eintrag von vorne nach hinten abgearbeitet um die Klasse zu finden z.b. CLASSPATH = java\myclasses; lib\xalan.jar;lib\xercesimpl.jar;. Einträge sind oft relativ. Der. bedeutet das aktuelle Verzeichnis! Mark Egloff

59 Der CLASSPATH Falls kein Wert für den CLASSPATH angegeben wurde so ist es das aktuelle Verzeichnis. Der CLASSPATH kann entweder als Systemvariable oder als Parameter angegeben werden. Parameter sollte bevorzugt werden um Kollisionen mit anderen Programmen zu vermeiden. z.b. SET CLASSPATH=java\myclasses;. java MyAppClass javac classpath java\myclasses;. MyApp.java java classpath java\myclasses;. MyAppClass Mark Egloff

60 Der CLASSPATH Crash Course System Variablen in Windows Shell: > Variable für die jeweilige Shell setzen (kein abstand bei = ) D:\> set CLASSPATH=wert > Variable ausgeben oder testen ob gesetzt D:\>echo %CLASSPATH% wert Variable gesetzt %CLASSPATH% Variable nicht vorhanden > Variable löschen D:\> SET CLASSPATH= Für diesen Kurs empfehle ich die Variable nicht zu verwenden und falls vorhanden in der Systemsteuerung zu löschen!! Mark Egloff

61 Der CLASSPATH Bekannte Probleme beim CLASSPATH bzw. Einträge (Datei, Verzeichnis) werden nicht auf Ihre Existenz bei der Suche geprüft. Schreibfehler im CLASSPATH können deshalb FATAL sein! kennt keine interne Versionierung bei Klassen, sollte eine Klasse (= gleicher Name) mehrfach im CLASSPATH existieren so wird die erste genommen! FATAL bei verschiedenen Versionen! kommt seit 1.4 mit eingebauten Third Party Libraries (Endorsed) z.b. Xalan. Das führt oft zu Versionskonflikten! Mark Egloff

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