ANWENDUNGSENTWICKLUNG

Transkript

1 ulrich BREYMANN heiko MOSEMANN JAVAME ANWENDUNGSENTWICKLUNG FÜR HANDYS, PDA UND CO. 2. Auflage

2 Breymann/Mosemann Java ME v Bleiben Sie einfach auf dem Laufenden: Sofort anmelden und Monat für Monat die neuesten Infos und Updates erhalten.

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4 Ulrich Breymann Heiko Mosemann Java ME Anwendungsentwicklung für Handys, PDA und Co. 2., aktualisierte und erweiterte Auflage

5 Prof. Dr. Ulrich Breymann und Prof. Dr-Ing. Heiko Mosemann lehren Informatik an der Fakultät Elektrotechnik und Informatik der Hochschule Bremen 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 Artverbunden. Autoren 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, auch nicht für die Verletzung von Patentrechten und anderen Rechten Dritter, die daraus resultieren könnten. Autoren und Verlag übernehmen deshalb keine Gewähr dafür, dass die beschriebenen Verfahren 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 Bibliothek: Die Deutsche Bibliothek 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 verbreitetwerden Carl Hanser Verlag München Wien ( Lektorat: Margarete Metzger Herstellung: Irene Weilhart Satz: Ulrich Breymann (mit LaTeX) Umschlagkonzept: Marc Müller-Bremer, Rebranding, München Umschlagrealisation: MCP Susanne Kraus GbR,Holzkirchen Datenbelichtung, Druck und Bindung: Kösel, Krugzell Ausstattung patentrechtlich geschützt. Kösel FD 351, Patent-Nr Printed in Germany ISBN

6 Inhaltsverzeichnis Vorwort Einführung WarumJava? Einschränkungen Java MicroEdition (Java ME) WeitereNormierungsbestrebungen Erste Schritte Das erste Programm Die Werkzeuge Entwicklungsschritte Installationsvorbereitungen Packen Packen mit Speicherplatzminimierung Simulation der Luftschnittstelle Installation auf einem Gerät Hinter den Kulissen Konfigurationen und Profile CLDC CLDC und Java Bibliotheken für CLDC Einschränkungen im Vergleich zur Java SE CLDC 1.1 im Vergleich zu CDC MIDP MIDlet-Grundlagen Der MIDlet-Lebenszyklus MIDlet- und System-Merkmale Starten externer Anwendungen Zugriffauf Ressourcen jar-verzeichnisstruktur Ressourcen-Datei lesen... 53

7 6 Inhaltsverzeichnis 5 Benutzungsschnittstellen Bildschirmanzeigen verwalten Virtuelle Bildschirme Alert TextBox Choice List Form Ereignisverarbeitung für Displayable-Objekte Items Komponenten für Formulare Ereignisverarbeitung für Items Layout von Items Ereignisverarbeitung in Form-Objekten Spacer StringItem ImageItem ChoiceGroup TextField DateField Gauge CustomItem Canvas Ereignisverarbeitung Verarbeitung von Tastaturereignissen Zeichnen mit paint() und Graphics Software-Muster für spezielle Problemstellungen Steuerung von Threads Steuerung von Runnable-Objekten Synchronisation von AMS und Berechnung Bildflackern vermeiden mit Double Buffering Minimierung der Zeichenoperationen Synchronisation von Anzeige und Berechnung Anwendungsbeispiel Synchronisation mit Display.callSerially() API für Spiele GameCanvas TiledLayer Sprite LayerManager Zusammenspiel Transparenz Game Builder D-Grafik mit SVG...134

8 Inhaltsverzeichnis Animierte SVG-Grafik Manipulation von SVG-Grafiken Record Management System Klasse RecordStore Benutzungsablauf Operationen auf Datensätzen Schreiben Lesen Löschen, Ändern, Datensatzgröße Enumerationen Sortierte Verarbeitung Filter Ereignisverarbeitung Verwaltungsfunktionen Dateisystem Dateisystem-Operationen Speicherkarten einfügen und entfernen Verzeichnis- und Datei-Operationen Sicherheit Persönliche Informationen verwalten Aufbau Attribute Einträge verwalten Neue Einträge Einträge ändern Einträge löschen Multimedia Konzept Eigenschaften der Geräte Audio Einfache Tonerzeugung Tonfolgen Wiedergabe von Audio-Dateien Lautstärke- und andereeinstellungen MIDI Aufnahme Video Kameraaufnahme Thumbnails Ereignisverarbeitung...198

9 8 Inhaltsverzeichnis 10 Internet-Anbindung HTTP Verbindung mit GET Verbindung mit POST Cookies HTTPS Socket Datagram D-Grafik Klassen im M3G Loader und Object3D Graphics3D World und Group Transformable und Node Camera und Light Ein erstes Beispiel Animation KeyframeSequence AnimationTrack und AnimationController Ein Animationsbeispiel Immediate Mode VertexBuffer und VertexArray Rendern im Immediate Mode Mesh Spezialeffekte Das OpenGL ES API Initialisierung D-Daten Szene rendern SMS senden und empfangen Einfache SMS senden SMS über eine Server-Verbindung senden SMS asynchron empfangen Push-Dienst MIDlet mit einer SMS wecken AndereArten, ein MIDlet zu wecken MIDlet zu einer bestimmten Zeit wecken Bluetooth Überblick Bluetooth-Technologie Netzwerktopologie Der Bluetooth-Stack Bluetooth-Profile...288

10 Inhaltsverzeichnis Java APIs für Bluetooth Aufsuchen von Geräten Aufsuchen von Diensten Dienste nutzen WeitereKlassen der JABWT L2CAP OBEX Location API Lokalisierung Lokalisierung mit dem Location API Koordinaten Landmarken Location API-Beispiele mit dem WTK Location API-Beispiele mit realen Geräten Web-Services Konzept Technische Grundlagen Simple Object Access Protocol SOAP Beispiel: SOAP-Anfrage an Google Automatische Auswertung von SOAP-Nachrichten Automatische Erzeugung von SOAP-Nachrichten AndereWerkzeuge zur SOAP-Unterstützung Sicherheit und Signierung Erlaubnisse und Sicherheitsbereiche Signaturen und Zertifikate Signieren mit dem WTK Verifizierung Zertifizierung in der realen Welt Schlüssel für gegebene Hardwareerzeugen Java Verified Program Datensicherheit Verschlüsselung JavaFX Es funktioniert nicht! Warum? Wastun?

11 10 Inhaltsverzeichnis 19 Werkzeuge Apache Web-Server Installation, Einrichtung und Nutzung Konfiguration Kontrolle mit dem WTK Tomcat Container Vorbedingungen Installation und Start unter Windows Installation und Start unter Linux Fehlerbehebung Automatisierte Abläufe mit Ant NetBeans Java ME-Projekt anlegen und zum Laufen bringen Over the Air Simulation Web-Server mit Ant einbinden J2ME Polish Gerätespezifische Daten finden A Anhang A.1 Pfad und Systemvariablen einstellen A.1.1 Linux A.1.2 Windows XP A.2 Mini-Web-Server A.3 Bluetooth-Beispiele A.3.1 Ein OBEX Beispielprogramm A.3.2 Ein ObjectPush-Beispielprogramm A.4 JSR-Übersicht A.5 Übergreifende Spezifikation MSA A.6 XML Kurzbeschreibung A.6.1 Syntax A.6.2 Dokumenttyp-Definition A.6.3 Namensräume A.6.4 XML-Schema A.7 Verzeichnis der Beispielprogramme Literaturverzeichnis Glossar Stichwortverzeichnis...443

12 Vorwort Mobile Computer überall Computer sind komplexe Werkzeuge, die wie in der Vergangenheit auch heute noch Spezialwissen zur Bedienung erfordern. Als es nur wenige Computer gab, wurden sie von hoch spezialisierten Wissenschaftlern und Ingenieuren entwickelt und bedient. Der Begriff Computer wird heute meist mit dem PC assoziiert. Computerkenntnis kann die Fähigkeit zur Entwicklung von Hardware und Programmierung von Software sein. Heutzutage, zum Beispiel in Stellenanzeigen, wird häufig auch nur die Fähigkeit der Bedienung eines Office-Pakets gemeint, also einer Software, die auf einem PC installiert ist. In beiden Fällen steht der Computer im Mittelpunkt, und der Mensch muss lernen, damit umzugehen, sich an die Maschine anzupassen. Wir stellen sie in Räume mit anti-statischen Teppichböden oder tragen sie im Fall von Laptops mit uns herum. Wenn wir mit Computern kommunizieren wollen, müssen wir auf der Tastatur tippen oder die Maus bewegen, entsprechend ihren Regeln, nicht unseren. Dieses Bild ist heute nicht mehr ganz zutreffend. In zunehmendem Maße umgeben uns Computer einer ganz anderen Art, die wir gar nicht sehen und nur unbewusst als solche benutzen. Beim Autofahren hilft im Notfall der Bremsassistent, ein in das Auto eingebauter Computer, der nicht direkt mit uns, sondern mit seiner speziellen Umwelt Nachrichten austauscht. In modernen Waschmaschinen sorgt ein Computer für die richtige Wassertemperatur und den Waschablauf. Der Unterschied zum Bild des Computers im vorhergehenden Absatz ist, dass nicht wir uns dem Computer anpassen müssen, sondern er sich uns. Wir nehmen ihn nicht wahr, es ist ein anonymes Gerät, das im Hintergrund seine Arbeit tut. In unserem Alltag werden immer mehr kleine, in Gebrauchsgegenstände eingebettete (englisch embedded) Computer eine Rolle spielen sie sind überall, wie der englische Ausdruck ubiquitious computing ausdrückt, heute pervasive computing genannt (pervasive = durchdringend, beherrschend). Natürlich sind die Grenzen fließend. Das, was früher nur ein tragbares Telefon war, ist heute ein Gerät, mit dem man fotografieren, Musik hören und Videos abspielen kann und auch noch telefonieren. Die Miniaturisierung des PCs führte über den Laptop zum PDA (Personal Digital Assistant) 1.Mittlerweile gibt es die Kombination aus PDA und Handy,den MDA (Mobile Digital Assistant), der letztlich nichts 1 Abkürzungen werden im Glossar ab Seite 435 erläutert, sofern sie nicht am Ort der Verwendung erklärt werden.

13 12 Vorwort anderes als ein Universalrechner mit vielen Zusatzfunktionen ist. Mobile Computer können also eine Benutzungsschnittstelle für Menschen haben oder auch nicht, je nach Einsatzgebiet und Art des Geräts. Vernetzung Um unseren Bedürfnissen besser dienen zu können, werden diese kleinen Helfer zur gegenseitigen Verständigung vernetzt sein. Schon heute kann unser Head-Set per Funk (Bluetooth) mit der HiFi-Anlage kommunizieren oder der Drucker mit der Infrarot-Schnittstelle des PCs. Mit manchen Mobiltelefonen kann man fotografieren und die Bilder drahtlos auf einen lokalen oder einen entfernten Rechner übertragen. Mit einem Funkschlüssel wird ein Auto geöffnet oder abgeschlossen. Die Vernetzung muss sich nicht auf die Nähe beschränken, sie kann weltweit sein. Sie wird durch RFIDs oder andere Sensoren zusammen mit ihrer technischen Infrastruktur zum Lesen und Übermitteln der Daten unterstützt. Besonders interessant ist die Möglichkeit, in Abhängigkeit vom Ort zu reagieren (location based service). Zum Beispiel könnte ein Handy die Lage des nächstgelegenen italienischen Restaurants anzeigen. Dazu muss allerdings das Handy den eigenen Ort kennen, oder der per Funk mit dem Handy verbundene Computer muss den Ort des Handys kennen. Das kann über die nächste Funkzelle, mit der das Handy verbunden ist, geschehen oder über das GPS (Global Positioning System). Die zweite Möglichkeit setzt einen GPS-Empfänger im Mobiltelefon selbst oder die Verbindung zu einem mitgenommenen GPS-Empfänger voraus. Bergsteigern in Schwierigkeiten, Wanderern oder Kindern, die sich verlaufen haben, könnte geholfen werden: Eine Anfrage an ihr Handy genügt, um die Koordinaten gesendet zu bekommen sofern sich das Handy nicht in einem Gebiet ohne Funkverbindung befindet. Japan fördert GPS-fähige Mobiltelefone sehr stark. Alle ab April 2007 erscheinenden neuen Geräte müssen nach einem Erlass vom 17. Mai 2004 in der Lage sein, Ortsinformationen zu liefern. Man rechnet damit, dass % und 2011 etwa 90% aller japanischen Mobiltelefone GPS-fähig sind [GPSJ]. Die amerikanische FCC (Federal Communications Commission) fordert die Industrie mit der»enhanced 911«-Regel auf, dafür Sorge zu tragen, dass bei Wahl der Notrufnummer 911 die Telefonnummer des Anrufenden und sein Ort mit einer Genauigkeit von etwa m übertragen werden [E911]. Man kann davon ausgehen, dass diese Entwicklung hierzulande nachvollzogen wird, wenn auch mit Verzögerung. Für wen ist dieses Buch geschrieben? Dieses Buch ist für diejenigen geschrieben, die einen Einstieg in die Konzepte und technischen Grundlagen der Programmierung mobiler Endgeräte mit Java suchen. Der Schwerpunkt wird auf Geräte gelegt, die eine Benutzungsschnittstelle haben, also auf nicht reine»eingebettete«systeme. Zur Zielgruppe des Buchs gehören Studierende und Dozenten der Informatik, professionelle Softwareentwickler oder Archi-

14 Vorwort 13 tekten mobiler Anwendungen. Grundkenntnisse des Internets und der Softwareentwicklung mit Java werden vorausgesetzt. Ziel des Buchs Das Buch beschreibt die Konzepte der Software mobiler Anwendungen, deren technische Realisierung und die verwendete Technologie auf Basis der Java Micro Edition (Java ME). Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Entwicklung von Software für Geräte mit begrenzten Ressourcen wie einfache PDAs und Mobiltelefone. Es vermittelt die Kenntnisse, die notwendig sind, um eigene Programme zu schreiben und diese als Dienstleistungen auf einem Server anzubieten. Sowohl die Client- als zum geringen Teil auch die Server-Sicht werden behandelt. Es werden einige ausgewählte Werkzeuge zur Entwicklung mobiler Anwendungen mit Java vorgestellt, wobei die meisten Beispiele mit dem Toolkit von Sun entwickelt und auf verschiedener Hardware getestet wurden. Mit dem Thema in Zusammenhang stehende Technologien wie XML oder HTTP werden kurz einführend beschrieben. Das umfangreiche Literaturverzeichnis bietet dafür und für die anderen der angesprochenen Themen viele weiterführende Verweise auf Literatur und Internetadressen an. An vielen Hochschulen wird Java als erste Programmiersprache gelehrt. Studierende haben oft nicht die Mittel, sich teure Software-Pakete zu beschaffen. Auch scheint Software besser geeignet, die nicht nur auf einem Betriebssystem läuft. Aus diesem Grund wird Java und Open Source Software in den Beispielen verwendet oder Software, die wenigstens für den nicht-kommerziellen Einsatz kostenfrei erhältlich und nutzbar ist. Aufbau Nach einer Einführung wird gleich mit einem einfachen, aber vollständigen Beispiel begonnen, um einen ersten Eindruck der Technologie zu vermitteln. Erst danach folgen die technischen Konzepte im Detail. In weiteren Kapiteln wird auf den Lebenszyklus der Programme, auf die grafischen Benutzungsschnittstellen, persistente Datenhaltung, Internetanbindung und vieles mehr eingegangen. Um das Ziel einer Einführung in die Java ME zu erreichen, ohne das Buch mit Material zu überfrachten, wird der Weg gewählt, die Beispiele in den ersten zehn Kapiteln ausführlich zu behandeln, sodass in den darauf folgenden Kapiteln auf Grundlagen, wie etwa die Einbindung eines Beispielprogramms in ein MIDlet, verzichtet werden kann. Der Aufbau ist im Einzelnen: Im Kapitel Einführung wird die Wahl von Java begründet und die Java ME mit ihren Einschränkungen gegenüber der Java SE (Standard Edition) kurz dargestellt. Das Kapitel Erste Schritte zeigt ein einfaches, aber vollständiges Beispiel. Dabei

15 14 Vorwort werden alle Schritte von der Programmerstellung bis zur Übertragung per Funk erläutert. Der Schwerpunkt des Kapitels Konfigurationen und Profile sind die technischen Konzepte, auf denen die Java ME beruht. Im Kapitel MIDlet-Grundlagen geht es um die Struktur und den Lebenszyklus von MIDlets, wie Java-Applikationen für mobile Geräte genannt werden. Das Kapitel Benutzungsschnittstellen beschreibt ausführlich die programmtechnische Ansteuerung des Bildschirms, vorgefertigte grafische Komponenten zur Gestaltung der Kommunikation des Benutzers 2 mit dem Gerät und die Abfrage von Tastaturereignissen. In den drei Kapiteln Record Management System, Dateisystem und Persönliche Informationen verwalten geht es um die Verwaltung und Speicherung von Daten, die auch nach dem Ausschalten des Geräts erhalten bleiben (persistente Daten). Das Kapitel Multimedia erklärt die Bearbeitung und Erzeugung von Audio und Video anhand vieler Beispiele. Die verschiedenen Arten der Verbindung mit dem Internet per Programm sind Thema des Kapitels Internet-Anbindung. Die Funktionen für dreidimensionale grafische Darstellungen basieren auf der Open-GL-Bibliothek. Sie werden in Kapitel 3D-Grafik behandelt. Das Kapitel SMS senden und empfangen beschreibt unter anderem, wie Kurznachrichten (SMS) versendet und empfangen werden können. Ein wichtiger Aspekt dabei ist die Reaktion auf eine eingegangene SMS per Programm. Das Kapitel Bluetooth geht auf die programmtechnische Nutzung der Kopplung Bluetooth-fähiger mobiler Endgeräte mit anderen Geräten ein. Im Kapitel Location API geht es darum, den Ort des mobilen Endgeräts herauszufinden und diese Information zu nutzen. Das Kapitel Web-Services beschreibt, wie innerhalb einer mobilen Applikation andere, auf einem entfernten Server liegende Anwendungen mit Hilfe eines XMLbasierten Protokolls aufgerufen werden können. Damit ist eine herstellerunabhängige Kommunikation zwischen kommerziellen Programmen möglich. Das Kapitel Sicherheit und Signierung geht auf Signaturen und Zertifikate, das Java Verified Program und auf Verschlüsselung ein. Im Kapitel JavaFX wirdkurz erklärt, was JavaFX eigentlich ist und warum es für einfache Handys nicht geeignet ist. 2 Geschlechtsbezogene Formen meinen hier und im Folgenden stets Männer und Frauen.

16 Vorwort 15 Alltägliche Probleme der Entwicklung von Software für Handys, PDA und Verwandte finden Sie im Kapitel Es funktioniert nicht! Warum?. Dort gibt es auch Hinweise zum Vorgehen bei der Problemlösung. Das letzte Kapitel Werkzeuge enthält ergänzendes Material zu verbreiteten Software-Werkzeugen mit Hinweisen zur Installation und Konfiguration. Programmbeispiele Um nicht abstrakt zu bleiben, wird zujedem Aspekt vertiefend die Realisierung als Java-Programm gezeigt, teilweise als vollständiges Beispielprogramm, teilweise als Programmfragment, die das Wesentliche verdeutlichen, ohne Platz durch Wiederholung von Programmcode zu verschwenden. Zu den meisten Fragmenten gibt es vollständige Beispielprogramme, die von der Website zum Buch heruntergeladen werden können ( Auf das zum Text passende Beispiel werden Sie durch eine Markierung wie die am Rand dieser Seite aufmerksam gemacht. Vollständige Beispielprogramme sind im Text (außer im Anhang) durch einen Rahmen um den Programmcode gekennzeichnet. Schreibweise Auch wenn eine deutsche Übersetzung englischer Begriffe möglich ist, ist sie doch oft nicht verbreitet und wirkt gestelzt. Aus diesem Grund werden viele Begriffe nicht übersetzt. Eine Website ist ein Einstiegspunkt zu Webseiten (englisch web pages) es kommen also auch deutsch/englisch-gemischte Schreibweisen wie bei»webseiten«vor. Wer Anglizismen nicht mag, möge uns verzeihen und bei Übertreibungen einen Verbesserungsvorschlag per senden. Aus Platzgründen wurde auf eine JavaDoc-konforme Kommentierung der Beispielprogramme verzichtet. Auch wurden Programmierstilkonventionen gelegentlich nicht eingehalten, nämlich dann, wenn wegen des Seitenumbruchs Programmcode mit weniger Zeilen auskommen musste. Beispiel Muster Wo finden Sie was? Erklärungen zu Abkürzungen, Akronymen und den wesentlichen Begriffen sind im Glossar ab Seite 435 aufgeführt. Es gibt ein umfangreiches Stichwortverzeichnis (ab Seite 443) und ein detailliertes Inhaltsverzeichnis. Programmcode zu den Beispielen und ergänzendes Material können von der Internetseite zum Buch ( werden. Das Gebiet der Computer-Anwendungen für mobile Endgeräte ist relativ neu und in starker Bewegung. Die im Literaturverzeichnis und im Glossar angegebenen

17 16 Vorwort Internetadressen zeigen den aktuellen Stand zum Zeitpunkt kurz vor Drucklegung. Es ist daher nicht auszuschließen, dass einige dieser Internetadressen danach nicht mehr gültig sind. Die für dieses Buch benutzten Quellen finden Sie unter [Sun, SunD] sowie von dort weiterführenden Verweisen. Anregungen und Kritik Anregungen und Kritik sind erwünscht. Wenn Sie Fehler mitteilen oder Anregungen und Kritik äußern möchten, können Sie die Autoren direkt über erreichen Zu guter Letzt An einem Lehrbuch sind immer mehrere beteiligt: Vom Autor werden viele Elemente zusammengetragen, variiert und verbunden, um ein Thema geschlossen darstellen zu können. In diesem Fall basiert das Buch nicht nur auf eigenen Überlegungen und Erfahrungen aus Projekten, sondern, wie das Literaturverzeichnis zeigt, zum großen Teil auf öffentlich zugänglichen Quellen verschiedener Firmen und Organisationen, an deren Erarbeitung viele Personen beteiligt waren. Den Autoren sei an dieser Stelle herzlich gedankt, ebenso Frau Margarete Metzger und Frau Irene Weilhart vom Hanser Verlag für die Anregung zu diesem Buch und die (wieder einmal) sehr gute Zusammenarbeit. Bremen, im März 2008 Ulrich Breymann Heiko Mosemann