JAVA PROGRAMMIEREN IN JAVA 8 AKTUEL ZU. 7. Auflage. Im Internet: Alle Beispielprogramme und Lösungen

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1 L AKTUEL ZU fritz JOBST JAVA 7. Auflage Im Internet: Alle Beispielprogramme und Lösungen JAVA 8 PROGRAMMIEREN IN

2 Jobst Programmieren in Java Bleiben Sie auf dem Laufenden! Unser Computerbuch-Newsletter informiert Sie monatlich über neue Bücher und Termine. Profitieren Sie auch von Gewinnspielen und exklusiven Leseproben. Gleich anmelden unter Hanser Update ist der IT-Blog des Hanser Verlags mit Beiträgen und Praxistipps von unseren Autoren rund um die Themen Online Marketing, Webentwicklung, Programmierung, Softwareentwicklung sowie IT- und Projektmanagement. Lesen Sie mit und abonnieren Sie unsere News unter

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4 Fritz Jobst Programmieren in Java 7., vollständig überarbeitete Auflage

5 Der Autor: Prof. Dr. Fritz Jobst, OTH Regensburg, Fakultät für Informatik und Mathematik Alle in diesem Buch enthaltenen Informationen, Verfahren und Darstellungen wurden nach bestem Wissen zusammengestellt und mit Sorgfalt getestet. Dennoch sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Aus diesem Grund sind die im vorliegenden Buch enthaltenen Informationen mit keiner Verpflichtung oder Garantie irgendeiner Art verbunden. Autor und Verlag übernehmen infolgedessen keine juristische Verantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Art aus der Benutzung dieser Informationen oder Teilen davon entsteht. Ebenso übernehmen Autor und Verlag keine Gewähr dafür, dass beschriebene Verfahren usw. frei von Schutzrechten Dritter sind. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buch berechtigt deshalb auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz- Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Vervielfältigung des Buches, oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren) auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden Carl Hanser Verlag München, Lektorat: Brigitte Bauer-Schiewek Copy editing: Petra Kienle, Fürstenfeldbruck Herstellung: Irene Weilhart Umschlagdesign: Marc Müller-Bremer, München Umschlagrealisation: Stephan Rönigk Gesamtherstellung: Kösel, Krugzell Printed in Germany Print-ISBN: E-Book-ISBN:

6 »Der Weltuntergang steht bevor, aber nicht so, wie Sie denken. Dieser Krieg jagt nicht alles in die Luft, sondern schaltet alles ab.«tom DeMarco Als auf der Welt das Licht ausging ca. 560 Seiten. Hardcover ca. 19,99 [D]/ 20,60 [A]/ sfr 28,90 ISBN Erscheint im November 2014 Hier klicken zur Leseprobe Sie möchten mehr über Tom DeMarco und seine Bücher erfahren. Einfach reinklicken unter

7 Inhalt Vorwort Der Einstieg in Java Erstellung und Ablauf von Programmen in Java Das erste Java-Programm Erstellung und Ablauf des ersten Programms Ein erstes Applet Zusammenfassung Aufgaben Elemente der Programmierung Daten erklären und verarbeiten Schreibweisen für Deklarationen und Wertzuweisungen Beispiel: Elementare Ausdrücke Beispiel: Bereichsüberschreitungen Typumwandlungen Deklarationen mit dem static-modifizierer Namen und ihre Gültigkeit Kontrollfluss Verzweigung Mehrfachverzweigung Schleifen mit Vorabprüfung Schleife mit Prüfung am Ende Verlassen von Schleifen Programmausnahmen Methoden Definitionen Beispiele zum Einsatz von Methoden Rekursion Beispiel: Berechnung der Fakultät Beispiel: Die Türme von Hanoi XI

8 VI Inhalt 2.4 Felder Eindimensionale Felder Grundlegende Definitionen Beispiel: Einlesen und Bearbeiten eines Felds Behandlung von Indexfehlern Suche in Feldern Lineare Suche Halbierungsmethode: binäre Suche in Feldern Sortieren Mehrdimensionale Felder Operatoren in Java ANSI-Escape-Sequenzen Aufgaben Objektorientierte Programmierung Auf dem Weg zu Klassen Wege zur Objektorientierung Beziehungen zwischen Klassen Oberklassen und Unterklassen Klassen und Objekte Abstrakte Klassen Entwurf der Klassen Typ 1: die vorgegebenen Objekte Typ 2: Verwaltungsobjekte oder Sammlungen Typ 3: Umgebungsobjekte Typ 4: übersehene Klassen doch noch finden Gemeinsame Oberklassen finden Klassen in Java Eine Klasse zum Verwalten von Mitarbeitern Erzeugung von Objekten: Konstruktoren Wertzuweisung und Übergabe als Parameter Statische Klassenelemente Grundlagen Initialisierung der static-variablen in einer Klasse Eingeschachtelte Klassen, innere Klassen Umwicklertypen Unterklassen und Polymorphie in Java Definition von Unterklassen in Java Methoden der Klasse Object überschreiben Lebenszyklus von Objekten Wie funktioniert die Polymorphie? Wertzuweisung und Cast-Anweisung Klassen und Ausnahmen Abstrakte Klassen: Design für Vererbung

9 Inhalt VII 3.4 Generische Elemente in Java Schnittstellen in Java Vergleich von Objekten Statische Methoden in Schnittstellen Default-Methoden in Schnittstellen Schnittstellen ohne abstrakte Methoden Funktionale Schnittstellen Funktionen in Java Referenzen auf Funktionen in Java Lambda-Ausdrücke Syntax für Lambda-Ausdrücke Bindung in Lambda-Ausdrücken Beispiel: Anwendung der Comparator-Schnittstelle Beispiel: Funktionen als Parameter Zusammenfassung Dynamische Erzeugung von Objekten Aufzählung von Konstanten mit enum Allgemeine Eigenschaften Der final-modifizierer Packages mit package, import Sichtbarkeit von Namen in Java Wiederherstellung des Zustands eines Objekts: Serialisierung Zusicherungen Aufgaben Grundlegende Klassen Nützliche Klassen und Packages Übersicht der Aufgaben des Package java.lang Zeichenketten in Java: String Die Klasse System Die Klasse Math Zeit und Datum in Java Reflexion von Java-Programmen Annotationen Reguläre Ausdrücke Protokollierung von Programmläufen: Logging Verwalten von Objekten mit Sammlungen Prinzip für die Aufbewahrung von Objekten Schnittstellen für die Sammlungen in Java Implementierungen für die Schnittstellen Sequenzieller Zugriff: List, Set und SortedSet Collection als Basisschnittstelle Listen Die ListIterator-Schnittstelle Mengen

10 VIII Inhalt Assoziativer Zugriff: Map Map als Basisschnittstelle Die SortedMap-Schnittstelle Nützliche Klassen und Methoden für Sammlungen Die Klasse Collections Implementierungen von Sammlungen für spezielle Zwecke Sammlungen und Threads Nützliche Klassen und Methoden Streams in Java Einstieg in die funktionale Programmierung Ausgewählte Methoden Fallbeispiele Anwendungsfälle Zeichenketten aneinanderhängen Sortieren Gruppieren von Objekten nach diversen Kriterien Verarbeiten von Daten in Textdateien Berechnungen mit Zwischenergebnissen durchführen Aufgaben Ein-/Ausgabe in Java Prinzip der Ein-/Ausgabe in Java Eingabe in Java InputStream als Basisklasse für Eingaben Reader als Brücke zwischen Bytes und Zeichen Ausgabe in Java OutputStream als Basisklasse für Ausgaben Die Writer-Klassen in Java Fallstudien zu Ein-/Ausgabe Bearbeiten von Textdateien Durchlaufen aller Dateien in einem Verzeichnis Zugriff auf die Einträge in einem ZIP-Archiv Aufgaben Nebenläufigkeit in Java: Threads Einstieg in Threads in Java Implizite Programmierung von Threads Streams parallel bearbeiten Explizite Programmierung von Threads Grundlagen zu Threads Nutzen von Threads Wettrennen Zustände von Threads Wichtige Methoden für Threads

11 Inhalt IX 6.3 Monitore in Java Grundlagen des Monitorkonzepts in Java Anwendung der Monitore in Java Anwendungsfälle Lang laufende Aktivitäten in Benutzungsoberflächen Erzeuger-Verbraucher-Kopplung Leser-Schreiber-Problem Semaphoren Verklemmungen und die fünf Philosophen Animationen Aufgaben Grafikanwendungen in Java Struktur von GUI-Anwendungen Ein erstes Programm für Swing Prinzip der ereignisgesteuerten Programmierung Ereignissteuerung Das Delegation Event Model Listener-Schnittstellen und Adapter Hierarchie der Swing-Klassen für Steuerelemente Elementare Steuerelemente Das Model-View-Controller-Paradigma und Swing Anordnung der Komponenten BorderLayout FlowLayout GridLayout CardLayout GridBagLayout BoxLayout (nur Swing) Schachtelung der Layouts Steuerelemente in Benutzeroberflächen Schaltflächen: JButton Checkboxen und Radiobutton Statischer Text zur Anzeige von Informationen Listen zur Auswahl Elementare Auswahl mit der Combobox Textfelder Menüs in Java Steuerelemente unter der MVC-Architektur Übersicht: Aufgabenverteilung Swing-Anwender Vertiefung für JList und JComboBox Eine MVC-Anwendung für JList JComboBox

12 X Inhalt Tabellen und Baumsteuerelemente Das Steuerelement für Tabellen JTable JTree Kurs: GUI-Anwendungen Erstellung einer grafischen Komponente Reaktion auf Mausklicks Reaktion auf Mausbewegungen: ein Malprogramm Turtle-Grafik Dialoge in Java Dialog zur Auswahl von Dateinamen Die Türme von Hanoi Aufgaben Programmierung in Netzwerken Programmierung von Sockets Grundlagen von Netzwerken Sockets in Java Verbindungsorientierte Kommunikation mit TCP Verbindungslose Kommunikation Java-Klassen für Internetadressen und zur Darstellung von URLs Verteilte Anwendungen Der Additions-Dienst mit TCP Problemanalyse: Datenaustausch Problemanalyse: Aufbau der Anwendung Beispiel: der Additions-Dienst mit UDP Problemanalyse: Datenaustausch Problemanalyse: Aufbau der Anwendung RMI Problemanalyse: Datenaustausch Problemanalyse: Aufbau der Anwendung Prinzip von RMI Aufgaben Anbindung von Datenbanken mit JDBC Grundlagen von JDBC Grundsätzlicher Ablauf beim Zugriff Einstieg in relationale Datenbanken und SQL Klassen und Schnittstellen im Package java.sql Beispiel: Die Datenbank mit den Speisen in JDBC Programmierung der Verbindung zu den Datenbanken Vorbereitung: Datenbanken einrichten Zugriffe mit JDBC Die Speisedatenbank

13 Inhalt XI Die Speisedatenbank: objektrelationale Zuordnung Die Speisedatenbank: Vermeidung doppelter Einträge Datentypen in Java und SQL Metadaten Metadaten und die Auskunft über die Datenbank Anwendung Aufgaben Bearbeiten von XML in Java Schreiben von XML und Lesen mittels JAXB Zusammenhänge: Klasse und Objekt bzw. Schema und XML Kochrezept: Anleitung zur Benützung von JAXB Schritt: Kennzeichnung eines Objekts zum Speichern Schritt: Programm zum Speichern und Laden SAX-Parser Aufgaben Werkzeuge für die Java-Programmierung Der Compiler javac Der Interpreter java Applet-Viewer Der Generator für die Dokumentation Der Disassembler Literatur Index

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15 Vorwort Liebe Leserin, lieber Leser, in der objektorientierten Sprache Java programmieren wir seit 1996 für diverse Systeme. Jetzt können wir mit Java 8 für manche Probleme einfachere und prägnantere Programme im funktionalen Stil formulieren. Wir fokussieren auf zentrale Techniken der Programmierung und nutzen dabei den Komfort und die Leistungsfähigkeit der Entwicklungsumgebung Eclipse gleich beim Start ins Java-Land in Kapitel 1. In Kapitel 2 besprechen wir die Grundlagen der Steuerung von Abläufen in Programmen, der sog. prozeduralen Programmierung. Erst wenn wir Verzweigungen, Schleifen und Aufrufe von Funktionen beherrschen, können wir uns in Kapitel 3 den Herausforderungen der Objektorientierung stellen. Dort lernen wir auch die Lambda-Ausdrücke als neue Möglichkeiten in Java 8 zur Implementierung funktionaler Schnittstellen kennen. Ein einzelnes Objekt kommt selten alleine. Zur Verwaltung von Objekten dienen die sog. Collections. Praktiker wissen, dass man mit den sequentiellen und assoziativen Sammlungen die meisten alltäglichen Probleme der Verwaltung von Daten lösen kann, auf die wir uns im Buch konzentrieren. Java unterstützt uns bei der Programmierarbeit auch mit anderen Klassen, von denen wir in Kapitel 4 eine kleine, praxisorientierte Auswahl vorstellen. Mit Java 8 können wir mit Streams die Iteration über diese Datenbestände dem Laufzeitsystem überlassen, wir spezifizieren nur, was getan werden soll. Kapitel 5 führt in die Grundlagen der Verarbeitung von Daten auf externen Speichermedien ein. Dazu nutzen wir die neuen Möglichkeiten von Java 8 zur vereinfachten Programmierung. Zum Verständnis der Programmierung von parallelen Streams und grafischen Benutzungsoberflächen machen wir uns in Kapitel 6 mit den Chancen und Risiken der nebenläufigen Programmierung vertraut. In Kapitel 7 führen wir die Grundkonzepte der Programmierung grafischer Benutzungsoberflächen ein. Wir lernen die Steuerelemente sowie die Möglichkeiten des Aufbaus kennen. Die Anbindung von Programmcode an Benutzungsoberflächen gelingt uns mit den Lambda-Ausdrücken von Java 8 kürzer und prägnanter als bisher. Java ist als Programmiersprache für Anwendungen im Internet konzipiert. Deswegen können wir in Kapitel 8 mit relativ geringem Aufwand Programme für verteilte Anwendungen erstellen.

16 XIV Vorwort In Kapitel 9 lernen wir den Zugriff auf Datenbanken. Damit können wir unsere Objekte in Datenbanken ablegen und daraus wiedergewinnen. Mit den Basistechniken zur Speicherung bzw. des Lesens von Daten im XML-Format in Kapitel 10 runden wir unseren Streifzug durch das Java-Land ab. Wäre es nicht einfach schön, das eigene Android-Smartphone programmieren zu können? Es gibt zwar viele Apps, denn Android gewinnt immer höhere Anteile am Markt für Smartphones. Dennoch fasziniert es, Anwendungen für das eigene Gerät selbst zu schreiben. Mit dem Buch Programmieren in Java erhalten Sie eine solide Grundlage in der Programmiersprache Java. Damit könnten Sie Apps für Android selbst entwickeln. Aber aller Anfang ist schwer, so auch der Start in Android. Deswegen bietet dieses Buch Ergänzungen zum Download als Hilfe zum Einstieg in die Entwicklung für Android an. Kapitel 1 der Ergänzungen zu diesem Buch begleitet Sie auf dem Weg der Installation des Entwicklungssystems für Android. Damit schaffen wir die erste App für Android. Im Gegensatz zum PC benötigen wir am Smartphone bereits für einfachste Anwendungen Grundkenntnisse im Umgang mit grafischen Benutzungsoberflächen. Kapitel 7 dieser Ergänzungen führt Sie in die Grundproblematik ein. Dabei müssen wir auch einige Besonderheiten bei Android-Smartphones beachten. Meine Empfehlung zum Einstieg in die Programmierung für Android: Arbeiten Sie die Kapitel 1, 2, 3 und 4 des Buchs Programmieren in Java durch. Danach können Sie über Kapitel 1 der Ergänzungen zu diesem Buch in die Entwicklung für Android in Kapitel 7 der Ergänzungen einsteigen. Wie bei Fremdsprachen gilt auch bei Programmiersprachen: Man muss die Sprache sprechen, d. h. selbst programmieren. Deswegen enthält jedes Kapitel kleinere oder größere Aufgaben. Das Spektrum der Aufgaben reicht von elementaren Übungen bis zu kleinen Projektarbeiten. Die Ergänzungen für Android enthalten die analogen Aufgabenstellungen für Android-Apps. Lösungsvorschläge zu allen Aufgaben finden Sie über das Internetportal des Carl Hanser Verlags Von dort können Sie auch alle Programme im Buch in vollständiger Form herunterladen. Mein besonderer Dank gilt Frau Brigitte Bauer-Schiewek für die aufmerksame Begleitung bei der Konzeption und Durchführung sowie Frau Irene Weilhart für ihre Präzision und Sorgfalt bei der Herstellung. Viel Erfolg mit diesem Buch! Regensburg, im November 2014 Fritz Jobst