Grundkurs JAVA

Die Programmiersprache Java, erschienen 1995, ist mittlerweile schon über 25 Jahre alt. Sie gehört noch immer zu den populärsten Programmiersprachen und liegt in den Rankings stets auf einem der obersten Plätze.

Damit ein Programm Berechnungen und andere Verarbeitungen vornehmen kann, muss es vorübergehend Zahlen, Zeichenketten und andere Daten speichern. Dazu dienen Variablen.

Mit Operatoren können Zuweisungen und Berechnungen vorgenommen und Bedingungen formuliert und geprüft werden. Operatoren sind Bestandteile von Ausdrücken.

Anweisungen stellen die kleinsten ausführbaren Einheiten eines Programms dar. Eine Anweisung kann

Ein Array ist eine geordnete Sammlung von Elementen desselben Datentyps, die man unter einem gemeinsamen Namen ansprechen kann. Die Elemente eines Arrays enthalten alle entweder Werte desselben einfachen Datentyps oder Referenzen auf Objekte desselben Typs.

Dieses Kapitel behandelt objektorientierte Sprachelemente von Java. Im Vordergrund stehen die Begriffe Klasse, Objekt, Attribut und Methode. Die objektorientierte Programmierung löst sich von dem Prinzip der Trennung von Daten und Funktionen, wie sie in den traditionellen (prozeduralen) Programmiersprachen üblich ist. Stattdessen werden Daten und Funktionen zu selbständigen Einheiten zusammengefasst.

Eine größere Anwendung besteht aus einer Vielzahl von Klassen, die aus Gründen der Zweckmäßigkeit (z. B. zur besseren Übersicht) zu Einheiten, den Paketen, zusammengefasst werden können. Dabei darf der Name einer Klasse in einem Paket mit dem einer Klasse in einem anderen Paket übereinstimmen.

Neue Klassen können auf Basis bereits vorhandener Klassen definiert werden. Vererbung ist der Mechanismus, der dies ermöglicht.

Interfaces sind Schnittstellenbeschreibungen, die festlegen, was man mit der Schnittstelle machen kann. Dabei handelt es sich hauptsächlich um abstrakte Methoden, die in Klassen implementiert werden können. Objekte von Klassen, die dieselbe Schnittstelle implementieren, können einheitlich verarbeitet werden.

Es ist nicht immer sinnvoll, die Wiederverwendung von Code in Klassen durch Vererbung zu lösen. Insbesondere dann, wenn die Klasse, von der abgeleitet werden soll, nicht unter der Kontrolle desselben Programmierers ist, kann eine unbedarfte Nutzung sogar zu Fehlern führen. Die Subklasse hängt von den Implementierungsdetails der Superklasse ab. Diese muss man kennen, damit die Subklasse einwandfrei funktioniert.

Geschachtelte Klassen sind Klassen, die innerhalb einer bestehenden Klasse definiert sind. Solche Klassen werden beispielsweise bei der Ereignisbehandlung im Rahmen der Entwicklung von grafischen Oberflächen verwendet. Zur Abgrenzung nennt man die "normalen" Klassen auch Top-Level-Klassen.

Konstanten sind Variablen, die nach der erstmaligen Initialisierung nicht mehr verändert werden können. Der Definition werden die Schlüsselwörter static und final vorangestellt.

Während der Ausführung eines Programms können diverse Fehler bzw. Ausnahmen (Exceptions) auftreten, z. B. eine ganzzahlige Division durch 0, der Zugriff auf ein Array-Element mit einem Index außerhalb der Grenzen des Arrays, der Zugriff auf eine nicht vorhandene Datei oder der Aufruf einer Methode mit einer Referenzvaribalen, deren Wert null ist.

Zeichenketten (Strings) werden durch die Klasse String repräsentiert. Daneben gibt es eine Reihe weiterer Klassen, die die Verarbeitung von Zeichenketten unter - stützen, z. B. StringBuilder und StringBuffer.

In diesem Kapitel werden wichtige Klassen der Java-Standard-Edition vorgestellt, die nutzbringend in verschiedenen Szenarien eingesetzt werden können.

Häufig soll ein und dieselbe Softwareversion in mehreren Ländern und unterschiedlichen Sprachregionen eingesetzt werden. Dabei ist es wichtig, dass die Programme leicht und möglichst ohne den Quellcode ändern zu müssen an die regionalen Gegebenheiten angepasst werden können.

Ein Ziel bei der Entwicklung größerer Systeme ist, die Abhängigkeiten zwischen den Typen (Klassen, Interfaces) auf ein Mindestmaß zu reduzieren und sich nicht an konkrete Implementierungen zu binden.

Mit dem JDK-Tool javadoc kann aus Java-Quelltexten, die mit Dokumentationskommentaren versehen sind, automatisch Dokumentation im HTML-Format generiert werden.

Klassen, Records, Interfaces und Methoden können mit Hilfe von formalen Typparametern (Platzhaltern) implementiert werden, die erst bei der Verwendung durch einen konkreten Typ ersetzt werden.

Alle Klassen und Interfaces des Collections Framework sind als generische Typen definiert. Hierdurch erreicht man, dass alle Elemente eines Daten-Containers vom gleichen vorgegebenen Typ sind. Collections bieten einen typsicheren und effizienten Zugriffe auf die gespeicherten Objekte.

Bis zur Java-Version 7 gab es keine Möglichkeit, direkt eine Methode als Argument einer anderen Methode beim Aufruf zu übergeben und damit diese mit einer bestimmten Funktionalität auszustatten.

Mit Java-Version 8 wurde das Stream-Konzept eingeführt. Streams erleichtern die Ausführung von Operationen auf endlichen oder unendlichen Folgen von Datenelementen. Dabei sind auch mehrstufige Berechnungen möglich. Streams können beispielsweise für alle Klassen, die das Interface Collection implementieren, erzeugt werden.

Die Behandlung von null-Werten kann mitunter lästig sein. Ein allzu leichtsinniger Umgang hiermit führt aber oft zu unangenehmen Laufzeitfehlern.

Java bietet eine umfangreiche Bibliothek von Klassen und Interfaces im Paket java.io und java.nio zur Verarbeitung von Dateien, zum Lesen von der Tastatur, zur Ausgabe auf dem Bildschirm, zum Senden und Empfangen von Nachrichten über Netzwerkverbindungen und vieles mehr.

Serialisieren ermöglicht das dauerhafte Speichern von kompletten Objekten mit allen Variablenwerten über die Laufzeit der Anwendung hinaus. Die gespeicherten Daten können dann später genutzt werden, um Objekte zur Laufzeit der Anwendung wiederherzustellen.

Nebenläufigkeit ist die Eigenschaft eines Programms, zwei oder mehrere Aktivitäten so ausführen, dass alle voranschreiten.

Java hat zwei Pakete zur Programmierung grafischer Benutzerschnittstellen, auch GUI (Graphical User Interface) genannt.

JavaFX (alternative Bezeichnung OpenJFX) ist das aktuelle Java-Framework zur Erstellung von GUIs, das die klassischen GUI-Technologien AWT und Swing ablösen soll.

Ein Datenbanksystem besteht aus der Software zur Datenverwaltung (DBMS, Datenbankmanagementsystem) und den in ein oder mehreren Datenbanken gespeicherten Daten.

Für die Kommunikation in Rechnernetzen auf der Basis des Protokolls TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) stellt das Paket java.net die erforderlichen Klassen und Methoden zur Verfügung.

In diesem Kapitel wird ein etwas umfangreicheres Programm vorgestellt. Es zeigt, dass eine gut durchdachte Architektur für das zu entwickelnde Programm eine wesentliche Grundlage der Entwicklung ist.

Hat ein Softwareprojekt eine bestimmte Größe (ausgedrückt als Anzahl von Programmen, Modulen, Klassen usw.) erreicht, kann es zunehmend aufwändiger werden, Programme zu warten, Fehler zu finden, Änderungen und Erweiterungen einzubringen.

Mit der Java-Version 9 wurde die Modularisierung als Spracherweiterung eingeführt. Sie ermöglicht es, Programme in Module zu unterteilen (eine weitere Gliederungsmöglichkeit oberhalb der package-Ebene) und Abhängigkeiten zwischen den Modulen zu definieren.

Dieses Kapitel enthält einige nützliche Hinweise zum Umgang mit der Entwicklungsumgebung IntelliJ IDEA, zum Debugging und zum Testen von Java-Code.