Java: краткое руководство для начинающих. Пишем простое приложение без опыта программирования
Авторизуйтесь
Java: краткое руководство для начинающих. Пишем простое приложение без опыта программирования
консультант по программным продуктам Oracle Центра технической поддержки компании РДТЕХ
Java – один из самых востребованных языков программирования в мире и один из двух официальных языков программирования, используемых в разработке Android (другой – Kotlin). Разработчики, знакомые с Java, весьма востребованы и способны создавать широкий спектр различных приложений, игр и инструментов. С помощью этой краткой статьи по Java для начинающих вы сможете сделать свои первые шаги к тому, чтобы стать одним из таких разработчиков. Мы рассмотрим все, что вам нужно знать, чтобы начать работу, и поможем вам создать свое первое простое приложение.
Что такое Java?
Java-это объектно-ориентированный язык программирования, разработанный компанией Sun Microsystems в 1990-х годах (позже купленной Oracle).
Понятие «объектно-ориентированный» относится к способу написания структурного кода Java, а именно: разделение кода на так называемые «классы», которые запускаются вместе, чтобы обеспечить согласованное порождение объектов. Мы обсудим это позже, но достаточно сказать, что это приводит к универсальному и организованному коду, который легко редактировать и перепрофилировать.
Java находится под влиянием C и C++, поэтому она имеет много общего с этими языками (и C#). Одним из больших преимуществ Java является то, что он «платформенно-независимый». Это означает, что код, который вы пишете на одной платформе, можно легко запустить на другой. Это называется принципом «пишем один раз, запускаем где угодно» (хотя на практике это не всегда так просто, как кажется).
Чтобы запустить и использовать Java, вам нужно три вещи:
Виртуальная машина Java (JVM) гарантирует, что у ваших приложений Java есть доступ к минимальным ресурсам, необходимым для их запуска. Именно благодаря JVM программы Java так легко запускаются на разных платформах.
4–5 декабря, Онлайн, Беcплатно
Среда исполнения Java (JRE) предоставляет собой «контейнер» для всех этих элементов и кода для запуска приложения. JDK – это «компилятор», который интерпретирует сам код и выполняет его. В JDK также есть инструменты разработчика, необходимые для написания кода Java (как и следует из названия).
Хорошая новость заключается в том, что разработчикам нужно только позаботиться о загрузке JDK, поскольку он поставляется вместе с двумя другими компонентами.
Как начать писать на Java
Если вы планируете разрабатывать приложения на Java на своем настольном компьютере, то вам нужно будет загрузить и установить JDK.
Вы можете получить последнюю версию JDK непосредственно с сайта Oracle. Как только вы установите его, ваш компьютер будет иметь возможность понимать и запускать код на Java. Тем не менее, вам все равно понадобится некоторое вспомогательное ПО, чтобы было действительно удобно писать код. Это так называемая «интегрированная среда разработки» или IDE: интерфейс, используемый разработчиками для ввода текста кода и вызова JDK.
При разработке для Android вы будете использовать IDE Android Studio. Она не только послужит интерфейсом для кода на Java (или Kotlin), но и станет мостом для доступа к специфичным для Android вызовам из SDK.
Для целей нашего краткого руководства по Java может быть и проще написать свой код непосредственно в приложении-компиляторе Java. Они могут быть скачаны для Android и iOS, можно даже найти веб-приложения, которые работают в вашем браузере. Эти инструменты предоставляют все необходимое в одном месте и позволяют сразу начать тестирование кода. Например, compilejava.net.
Насколько легко научиться программированию на Java?
Если вы новичок в разработке на Java, то ваши опасения вполне понятны. Так насколько же легко изучить Java?
Этот вопрос имеет несколько субъективную природу, но лично я бы отнес Java к языкам, не самым простым для изучения. Хотя он проще, чем C++, и часто описывается как более удобный для пользователя, но он, безусловно, не столь прост, как такие его конкуренты, как Python или BASIC, которые больше подходят для изучения начинающим программистам.
C# также немного проще по сравнению с Java, хотя они очень похожи.
Конечно, задавшись конкретной целью – стать разработчиком приложений для Android, – проще всего сразу начать с языка, который уже поддерживается этой платформой.
У языка Java есть свои особенности, но его, безусловно, можно изучить, и как только вы его освоите, вам откроется множество возможностей. А поскольку Java имеет много общего с C и C#, вы сможете перейти на эти языки без особых усилий.
Каков синтаксис Java?
Прежде чем мы погрузимся в самую суть этого руководства по Java для начинающих, стоит уделить некоторое время изучению синтаксиса Java.
Синтаксис Java относится к способу написания конкретных алгоритмов. Java очень принципиален в этом вопросе, и, если вы не пишете код определенным образом, то ваша программа не будет работать!
На самом деле я написал целую статью о синтаксисе Java для разработки Android, кратко перечислю особенности синтаксиса:
Если вы нажимаете кнопку «запустить» или «скомпилировать» и получаете ошибку, то есть большая вероятность, что вы где-то пропустили точку с запятой!
Вы никогда не перестанете делать это, и это никогда не перестанет вас раздражать. Расслабьтесь!
С этими знаниями мы сможем глубже погрузиться в руководство по Java!
Основы Java: ваша первая программа
Зайдите на compilejava.net, и вас встретит редактор с кучей готовых примеров.
(Если же вы предпочитаете использовать другую IDE или стороннее приложение, это тоже прекрасно! Скорее всего, ваш новый проект будет состоять из аналогичного кода).
Удалите все, кроме следующего:
Это то, что мы, программисты, мы называем «шаблоном» (этот код скопирован из учебника Java от Фила Данфи). Шаблонный код – так можно назвать любой код, который встречается внутри практически любой программы.
Первая строка здесь определяет «класс», который по сути является модулем кода. Затем нам нужен метод внутри этого класса, который представляет собой небольшой блок кода, выполняющий задачу. В каждой программе Java должен быть метод main, так как он сообщает Java, где начинается программа.
Об остальном поговорим чуть ниже, не беспокойтесь. Все, что нам нужно знать для этого урока Java прямо сейчас, – это то, что код, который мы действительно хотим запустить, должен быть помещен в фигурные скобки под словом «main».
Поместите сюда следующий оператор:
Этот оператор напишет слова: «Hello world!» на вашем экране. Нажмите «Compile & Execute» и вы увидите его в действии.
Поздравляю! Вы только что написали свое первое Java-приложение!
Переменные в Java
Теперь пришло время рассказать о некоторых более важных вещах, лежащих в основе Java. Мало что может быть более фундаментальным в программировании, чем обучение использованию переменных!
Переменная по сути является «контейнером» для некоторых данных. Это означает, что вы выберете слово, которое будет представлять какое-то значение. Нам также необходимо определить переменные, основанные на типе данных, на которые они будут ссылаться.
Вот три основных типа переменных, которые мы собираемся ввести в этом руководстве по Java:
Как только мы определяем переменную, мы можем вставить ее в наш код, чтобы изменить выходные данные. Например:
Теперь мы печатаем на экране, как и раньше, но на этот раз заменяем «Hello world!» на «Hello + имя». Этот код показывает строку «Hello», за которой следует любое значение, содержащееся в следующей строковой переменной!
Условные операторы в Java
Еще одна из самых важных основ Java – это работа с условными операторами.
Условные операторы используют блоки кода, которые выполняются только при определенных условиях. Например, мы можем захотеть предоставить специальные пользовательские права основному пользователю нашего приложения.
Посмотрите на следующий код:
Запустите этот код, и вы увидите, что специальные разрешения предоставлены. Но, если вы измените значение name на что-то другое, то код не будет работать.
Обратите внимание, что при наложении условия на данные мы используем два знака «=». Вы же используете только один, когда присваиваете какие-то данные переменным.
Методы на Java
Еще одна простая концепция, которую мы можем ввести в этом руководстве Java – это использование методов. Это даст вам немного больше понимания того, как структурирован Java-код и что с ним можно сделать.
Все, что мы собираемся сделать, – это взять часть кода, который мы уже написали, а затем поместить его в другой метод вне метода main :
Если бы мы написали вызов grantPermission() несколько раз, то сообщение «Special user priveleges granted» также отобразилось бы несколько раз. Именно это делает методы такими фундаментальными основами Java: они позволяют выполнять повторяющиеся задачи, не записывая код снова и снова.
Передача аргументов в Java
Но самое замечательное в методах то, что они могут принимать переменные и манипулировать ими. Мы сделаем это, передав переменные в наши методы как «строки». Вот для чего и нужны скобки, следующие за названием метода.
Надеюсь, это даст вам представление о том, насколько мощными могут быть методы!
В завершение
Надеюсь, теперь у вас есть хорошее представление о том, как изучать Java. Вы даже можете сами написать какой-нибудь простой код: используя переменные и условные операторы, вы действительно можете заставить Java делать некоторые интересные вещи уже сейчас.
Следующий этап состоит в понимании объектно-ориентированного программирования и классов. Это понимание есть то, что действительно дает Java и подобным языкам их силу, но поначалу может быть немного сложным для осмысления.
☕ Основы Java за 30 минут: самоучитель для начинающих
История языка и предпосылки к лидерству
Почему Java так популярен? Во-первых это старый язык по меркам сферы ИТ. Ему уже более 25 лет. За это время было написано огромное количество приложений и библиотек, сформировано, наверное, самое многочисленное комьюнити программистов, которое поможет найти ответ на любой вопрос. Во-вторых java создавался с прицелом на высокую надежность: в то время доминировали языки C и C++, которые обладали высоким порогом входа – нужно было внимательно следить за за каждой строчкой. Легко можно было выстрелить себе в ногу, неправильно использовав множественное наследование, не почистив правильно память и т.д.
Все это позволило сделать Java в свое время самым надежным языком на рынке, поэтому многие компании выбрали его в качестве основного и не прогадали.
Одной из киллер-фич был подход к исполнению кода. Он не компилировался напрямую в бинарники. Компилятор создавал на основе исходного кода байт-код, который уже в свою очередь с помощью специального приложения – JAVA машины исполнялся на компьютере. Такой подход давал ряд существенных преимуществ: программист мог запустить один и тот же код по разными операционными системами, процессорами вообще без каких-либо изменений!
Второе важное преимущество – с каждой новой версией Java-машина получала новые возможности, которые позволяли оптимизировать код на лету. Один и тот же код с каждой новой версией выполнялся все быстрее и быстрее вообще без вмешательства программистов!
Недавно java перешла на новый релизный цикл – каждая новая версия выходит через полгода. Это позволяет быстрее доставлять новые возможности в язык и практически полностью сократить отставание языка от других jvm языков.
Возможно, сейчас многие из преимуществ непонятны, но изучая java вы поймете, насколько они замечательные и как Java в свое время определила развитие ИТ.
После того как мы скачали все и запустили редактор, приступим к изучению.
Объекты и методы в java
У нас есть автомобиль, у него много характеристик. Мы абстрагируемся от них, нас интересует только два параметра: текущая скорость и максимальная скорость. В мире объектно-ориентированного программирования этот подход так и называется – абстракция. Какое поведение мы ожидаем от автомобиля? Всего два – начать движение и остановиться. Напишем этот код на java в файле с именем Car.java:
Здесь мы описали шаблон будущего объекта – класс. У него есть две переменные состояния – speed и maxSpeed, а также две функции, которые описывают поведение объекта.
Теперь приложение нужно запустить, для этого Java надо подсказать, где находится точка входа в него. Для этого существует особое соглашение – нужно добавить в описание любого объекта метод:
Именно, тот код, который мы в нем укажем и начнет выполняться.
Выполним теперь в консоли следующие команды:
Либо, что в разы проще, просто нажимаем зеленую стрелочку около метода и редакторе:
Наше приложение запустилось, но ничего не произошло, потому что мы не добавили никакой логики в метод. Добавим простой вывод на консоль текста:
Результат выполнения виден на консоли.
Отмечу, что каждый файл может содержать только один публичный класс. То есть ключевое слово public вместе со словом class.
Имя файла должно совпадать с именем класса, включая регистр, и иметь расширение .java. Ключевое слово static, говорит компилятору о том, что данный метод/переменная принадлежит именно шаблону объекта, то есть классу, а не конкретному объекту.
Пока не будем особо на это заострять внимание.
Пакеты в java
Стоит отметить, что часто в программах классы называют одинаково, поэтому была предложена идея их раскладывать по папкам, чтобы не было конфликта имен. Папка, в которой находится класс указывается в самом верху файла:
Создатели предложили называть эти папки как доменные имена в интернете, чтобы точно разграничить их, но это не обязательно, вы можете называть их как захотите.
Это так же позволяет легко импортировать чужие классы в свой код:
В нашем пакете нет определения класса Random, поэтому я воспользовался ключевым словом import, чтобы его добавить в нашу программу. Теперь я могу с ним работать. Используя ключевое слово new я создаю на основе класса объект random, который могу использовать в дальнейшем коде. Далее у объекта я вызываю метод, nextInt который описывает следующее поведение объекта: объект возвращает из метода натуральное число, которое произвольно каким-то образом у себя генерирует. Мы не знаем как именно это происходит – мы знаем только то, что в результате вызова этого метода мы получим какое-то целое число типа int. В объектно ориентированном программировании этот прием называется инкапсуляцией – когда объект внутри себя, основываясь на своем состоянии генерирует некий результат, при этом пользователь данного метода не знает как это работает под капотом.
Продолжим далее разбираться с кодом, который был представлен выше. Начнем с самого простого. Если мы хотим добавить какое-то пояснение к коду, мы можем вставить в любую строчку два косых слеша и весь текст после них будет отброшен при компиляции программы, но при просмотре исходного кода он виден.
Создание объектов
В коде у нас была следующая строка:
Здесь мы с помощью ключевого слова new создаем новый объект из его шаблона. Мы указываем, что в своем коде мы будем использовать имя random для обращения к этому объекту. В последней строке мы вызываем метод nextInt который приводит к тому, что в нашу программу возвращается какое-то число, после чего это же число мы передаем в метод println который уже выводит его на экран.
Попробуем для создать класс нашего автомобиля и задать ему поведение:
Запустите код и посмотрите, что будет выведено на консоль.
Теперь вернемся к нашим переменным состояния объекта.
Примитивные типы в java
Компьютеры работают в основном с числами, поэтому были придуманы несколько ключевых слов, которые обозначают разные типы данных, по другому их называют примитивные типы данных:
| Ключевое слово | Тип | Пример |
| boolean | true или false (8-bit число) | true |
| byte | 8-bit число | 123 |
| short | 16-bit число | 123 |
| int | 32-bit число | 123 |
| long | 64-bit число | 123L |
| float | 32-bit число | 123.0f |
| double | 64-bit число | 123.0 |
| char | 16-bit число | ‘a’ |
Так как компьютеры развивались постепенно, то на разных этапах своей жизни они могли хранить число, которое не выше разряда процессора, на котором они работают.
Конструкторы объектов
Теперь мы хотим, чтобы наше поведение зависело и от внутреннего состояния объекта. Для этого его надо как-то задать. Посмотрим как это можно сделать.
Мы добавили в наш код специальный код – конструктор. Он позволяет инициализировать объект перед тем как начать им пользоваться. При этом при создании объекта в методе main я добавил два натуральных числа, которые соответственно инициализировали состояние объекта. В конструкторе мы можем указать любую логику, которую необходимо выполнить при создании объекта.
Если вы запустите приложение, то увидите, что кроме строк на экран выводятся и числа – как раз те, которые мы передали в конструкторе. Теперь наш объект инициализирован – у него есть какое-то внутреннее состояние.
Ссылки vs примитивные типы
Теперь рассмотрим ключевое различие между ссылками на объект, которые мы использовали для работой с объектами и примитивными типами. Для ссылок мы можем написать так:
Мы приравняли наш указатель на объект к ключевому слову null, которое говорит виртуальной машине, что по данному указателю уже нельзя обращаться к объекту, то есть вызов myCar.start(); приведет к ошибке. Что произойдет с нашим объектом, который мы создали? В виртуальной машине java запускается сборщик мусора, который обнаружит, что данный объект живет без какой либо ссылки и удалит его из памяти – то есть сотрет его в оперативной памяти.
Но подобное не работает с примитивными типами:
Подобный код вызовет ошибку.
Также стоит отметить, что строки также являются классами, но при этом для них в языке сделаны существенные изменения.
Строки описываются классом String. Посмотрим какие исключения для них есть:
Это единственный класс, который мы можем создать без оператора new.
Кроме того, строки можно складывать друг с другом или другими примитивными типами, но не вычитать, делить и т.п.:
Добавьте данные строчки в наш код и вы увидите, что все прекрасно работает. Но повторюсь, что подобное исключение сделано только для одного класса – String, потом что строки очень часто используются.
Операторы в java
Раз мы упомянули операторы, давайте посмотрим какие предлагает java.
Унарный оператор – это оператор, для работы которого требуется только один операнд, или переменная, часто выполняют простые операции.
Далее мы перейдем к операторам, принимающим два аргумента, которые называются бинарными операторами. Бинарные операторы являются самыми распространенными операторами в языке Java. Ранее мы уже познакомились с оператором сложения для строк.
Они могут использоваться для выполнения математических операций над переменными, создания логических выражений и выполнения базовых присваиваний переменных.
| Оператор | Описание | Пример |
| + | Cложение | var i = 5; var k = 6; System.out.println(i + k) |
| — | Вычитание | var i = 5; var k = 6; System.out.println(i – k) |
| * | Умножение | var i = 5; var k = 6; System.out.println(i * k) |
| / | Деление | var i = 5; var k = 6; System.out.println(i / k) |
| % | Взятие по модулю | var i = 15; var k = 6; System.out.println(i % k) |
Если мы пишем сложное математическое выражение, то лучше пользоваться скобками:
Завершить секцию с операторами я хотел бы таблицей с условными операторами, результат работы которых true либо false:
| Оператор | Описание | Пример |
| == | Сравнение на равенство | var i = 5; var k = 6; System.out.println(i == k) |
| либо >= | Больше, больше либо равно | var i = 5; var k = 6; System.out.println(i >= k) |
| && | Логическое и. В обоих частях должно быть true, чтобы оператор вернул true | System.out.println(true && true) |
| || | Логическое и. Хотя бы в одной части должно быть true, чтобы оператор вернул true | System.out.println(false || true) |
Мы познакомились с самыми популярными операторами в java, настало время их использовать.
Мы хотим, чтобы наш автомобиль мог менять свое поведение, а именно изменять текущую скорость, которую мы задали при его создании.
Добавим новый метод, который будет это делать:
Но мы не хотим, чтобы кто-то, кто пользуется нашим классом мог устанавливать скорость выше максимальной.
Условные выражения
Для того, чтобы наложить какие-либо ограничения на переменную, нам необходимо провести проверку, для этого нам понадобиться использовать условное выражение if:
В круглых скобках мы помещаем условие, которое должно вернуть либо true либо false, а в фигурных мы добавляем тот код, который будет выполнен если условие правдиво.
Так же, если условие вернуло false мы можем добавить с помощью ключевого слова else еще один блок кода, который выполняем в таком случае:
Циклы
Что делать, если мы хотим повторять какой-то блок кода много раз? Если вместо if написать while у нас получится самый простой цикл, который будет выполняться до тех пор пока выражение в круглых скобках истинно или не произойдет прерывания цикла с помощью ключевого слова break, либо пока программа не завершиться, например из другого потока. Выглядеть это будет так:
В данном случае, мы создаем некую примитивную переменную i изначально равную 0. В цикле у нас есть условие того, что она меньше 10, если это не так, то код в фигурных скобках выполняться не будет. В них же мы увеличиваем значение i на единицу, если бы мы этого не делали, то выполнялся бы цикл вечно. Запустите программу и посмотрите, что будет выведено на экран и сколько раз.
Для того, чтобы отделить те логику работы цикла от нашего кода был создан цикл for.
В круглых скобках у нас создается счетчик, передается условие цикла и рецепт, что делать со счетчиком на каждой итерации. Согласитесь, так код выглядит более компактно и логика управления циклом не перемешивается с нашей логикой.
если не передать никаких условий, то получится бесконечный цикл:
Выйти из него никак нельзя, только прервав работу приложения с помощью средств операционной системы. Мы можем прервать его работу с помощью ключевого слова break:
Сообщение будет выведено на консоль и на этом месте цикл остановится.
Массивы и коллекции
В своем проекте мы создали только один автомобиль, давайте теперь создадим несколько и поместим их в какое-то хранилище.
В примере выше мы создали два автомобиля, потом создали массив из указателей на объекты класса Car размером 2 и положили в него указатели на наши объекты. Как видно, отсчет ячеек массива начинается с 0. После чего мы использовали специальную модификацию цикла for для массивов и коллекций, который позволяет пройтись по всем элементам и совершить с ними какую-то логику.
То есть теперь у нас есть объект, который может хранить в себе несколько указателей на другие объекты, но работать с массивами не удобно. Нужно знать заранее точный размер и в какие ячейки, что нужно записывать. Поэтому сейчас самый востребованный метод хранения данных – коллекции.
Перепишем наш код с помощью коллекций:
Как вы можете видеть, код не сильно изменился, но пропали эти неуклюжие записи указателей в конкретные ячейки. Теперь все сохраняется автоматически.
Для объявления коллекции мы написали так:
Что это значит? Здесь мы говорим, что будем использовать коллекцию на основе массива и что в нашей коллекции будут лежать объекты типа Car.
Самое важное, что мы не задали размер нашей коллекции. Так как она позволяет добавлять в себя любое число элементов, которые могут поместиться в оперативной памяти вашего компьютера.
Коллекция типа HashSet (множество) не позволит положить в себя два одинаковых значения, сравните выводы:
А потом замените первую строку
Кроме списка так же популярна коллекция Map, она позволяет присваивать объектам ключи и потом получать эти объекты по уникальному ключу:
Я указал строку в качестве ключа – очень частая практика. И положил в коллекцию два своих объекта. Потом я по ключу достал свой объект и вызвал его метод.
Могу сказать, что коллекции – это то, чем вы будете пользоваться всегда в своей работе, поэтому их надо знать. Здесь я рассказал лишь о трех из них, которые используются в 99% случаев, при том не рассказав какие дополнительные методы они несут в себе.
Исключения
Чтобы произошло, если бы я написал свой запрос так:
То на консоли увидел бы следующее:
Возникла исключительная ситуация и программа прервала свою работу. Так как метод get вернул null о котором мы говорили ранее. Соответственно у нас не было объекта на котором мы могли бы вызвать метод. Для предотвращения таких ситуаций был придумал блок try/catch. Посмотрим как он помог бы решить нашу проблему:
После try я в фигурных скобках пишу код, в качестве которого не уверен. В блоке круглых скобок catch я указываю какого типа ошибки могут возникнуть. Ошибки также являются в java объектами. Соответственно в фигурных скобках я указываю ту логику, которая будет выполнена при возникновении исключительной ситуации.